Nanoestructuras de titanio antibacterianas para implantes óseos

Un equipo de investigadores con participación del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) y la Universidad Complutense de Madrid ha desarrollado un recubrimiento compuesto por nanocolumnas de titanio para implantes óseos que tienen acción antibacteriana.

“Hemos demostrado in vitro que las nanocolumnas tienen un comportamiento antibacteriano que no afecta a la biocompatiblidad”, ha explicado a Sinc José Miguel García-Martín, investigador del CSIC en el Instituto de Microelectrónica de Madrid y miembro del estudio.

La investigación, publicada en la revista Acta Biomaterialia, abre nuevas vías para disminuir el riesgo de infección y el rechazo asociado que afecta a miles de pacientes cada año en las intervenciones quirúrgicas.

Las propiedades de este hallazgo, patentado por el CSIC y la Universidad, son similares a la que se observan en las alas de cigarras y en las hojas de la flor de loto.

“Las alas de las cigarras tienen un patrón topográfico formado por nanopilares  que les dota de dos propiedades interesantes: hidrofobicidad y acción antibacteriana. Nosotros hemos replicado esa topografía fabricando un recubrimiento nanoestructurado en forma de columnas de titanio empleando pulverización catódica (sputtering en inglés)”, agrega García-Martín.

Esta técnica se emplea industrialmente para producir recubrimientos de lámina delgada en diversas aplicaciones, como en los discos duros de ordenador, los paneles fotovoltaicos, los espejos, etc., por lo que es un proceso escalable.

Los científicos han logrado esta propiedad sin necesidad de emplear elementos antibióticos. “La mayoría de las infecciones en implantología ósea tienen su origen en la intervención quirúrgica. Si la superficie del implante está recubierta de un material que impide la adhesión y proliferación de bacterias sin afectar a su biocompatibilidad, se habrá dado un gran paso”, según el investigador.

Superficies sencillas

El hecho de que aún se haya desarrollado el material por el momento para implantes óseos tiene dos razones fundamentales. La primera es que los científicos solo tienen evidencia experimental en implantes óseos, señala el experto. “Hasta el momento hemos recubierto con nanocolumnas de titanio la superficie de discos del tamaño de una moneda de titatino-aluminio-vanadio, una de las aleaciones más usadas en implantes óseos”.

Por otro lado, para que el recubrimiento esté nanoestructurado es necesario inclinar el sustrato, con el fin de que los primeros átomos depositados generen un efecto de sombra que provoque la formación de columnas de tamaño nanométrico. Esto hace que las superficies que puedan recubrirse tengan que ser planas o con formas sencillas.

En implantes óseos hay muchas componentes con esas formas, como las placas de osteointegración, los vástagos o los tornillos. “En otro tipo de implantes, como los dentales, las formas son más complicadas”, ha añadido.

Nanoestructuras para todos los implantes

La fabricación se ha hecho en el Instituto de Microelectrónica de Madrid mientras que las simulaciones del proceso de formación de nanocolumnas se han realizado en el Instituto de Ciencia de Materiales de Sevilla, centro mixto del CSIC y la Universidad de Sevilla.

La última fase, los experimentos biológicos in vitro, se ha llevado a cabo en la Universidad Complutense de Madrid y en la Fundación Jiménez Díaz.

El descubrimiento de este equipo de investigación es la base del proyecto NANOIMPLANT, uno de los ganadores del premio de innovación biomédica IDEA2 Madrid en su edición de 2014, una iniciativa de la Comunidad de Madrid y el Instituto Tecnológico de Massachutsetts (MIT). Esta iniciativa fomenta que la investigación básica en biomedicina consiga transformarse en tecnologías innovadoras, para lo cual a los proyectos seleccionados se les dota no con financiación sino con una red de asesores especializados y mentores.

“Con su ayuda, pensamos abordar los retos científicos y tecnológicos que plantea recubrir con nanoestructuras la superficie de los implantes ortopédicos actuales”, concluye García-Martín.