Cementos de fosfato tricálcico sustituidos con silicio: estudio de la bioactividad y de la liberacion de iones

Abstract

El presente proyecto, que estudia un cemento de fosfato de calcio dopado con silicio y lo compara con el cemento análogo sin dopar, se divide en dos partes. En la primera, se evalúa la bioactividad de ambos cementos in vitro, y en la segunda se estudia la liberación de iones de dichos cementos en distintos medios ampliamente utilizados en el campo de los biomateriales para realizar estudios in vitro. En todo el proyecto se ha hecho especial hincapié en el papel que juega el silicio en los procesos estudiados. Ambos cementos han sido preparados a partir de fosfato tricálcico alfa (α-TCP), cuya reacción de fraguado resulta en la formación de hidroxiapatita. En el caso del cemento dopado con silicio, el fosfato tricálcico alfa contiene este ión (Si-α-TCP) y la hidroxiapatita resultante puede incorporar parcialmente el silicio en su estructura (Si-HA). El estudio de bioactividad in vitro consiste en evaluar si los materiales cumplirían uno de los requisitos principales para que puedan crear un enlace directo con el hueso en el momento de ser implantados in vivo. Dicho requisito consiste en la formación de una capa de apatita, similar a la del hueso, en la superficie del material después de su implantación un ser vivo. Para predecir este fenómeno, los cementos fraguados fueron sumergidos en un fluido corporal simulado (SBF) durante distintos tiempos, entre 6 horas y 68 días, con la intención de observar la evolución de la capa de apatita en su superficie. Se observó la evolución del cemento fraguado y la formación la capa apatítica formada en cuanto a las fases cristalinas presentes, la cristalinidad de la capa, la variación de peso, la morfología de las superficies y la composición atómica. Se ha observado que, a partir de los 14 días de inmersión en el fluido corporal simulado, se forma una capa de apatita con una menor cristalinidad que el cemento fraguado en el caso de la Si-HA. En cambio, no se ha podido identificar claramente la formación de la capa de apatita en el caso de la HA, a pesar que su variación de peso indique un proceso de precipitación o adsorción de materia, probablemente minerales que podrían depositarse en la porosidad abierta del material. En resumen, se ha comprobado que el cemento de Si-HA tiene una mayor bioactividad que el cemento de HA. En la segunda parte del proyecto se ha realizado un estudio in vitro de la liberación de iones de ambos cementos fraguados, empleando cuatro medios que son comúnmente utilizados para realizar estudios in vitro con biomateriales. Dichos medios son: fluido corporal simulado (SBF), solución tampón de fosfatos (PBS), medio de cultivos celulares (McCoys) y agua destilada. Los cementos fraguados estuvieron inmersos en cada uno de los medios entre 6h y 21 días, y se cuantificaron las concentraciones de iones de Ca2+, P5+ y Si4+. Se destacó que ambos cementos tienen un comportamiento muy similar respecto a las concentraciones de Ca2+ y P5+. Con respecto al ion silicio se observó concentraciones muy similares en el caso de los reactivos y de la Si-HA lo que despierta una sospecha en cuanto a la integración parcial del silicio en la red cristalina de la Si-HA. Este hecho parece indicar la presencia de un compuesto similar al SiO2 de partida. Finalmente comentar que la presencia de Si4+ argumenta a favor de un mecanismo activo de mejora de la bioactividad teniendo un efecto sobre las células del entorno y que parece favorecer la formación de la capa apatítica.