Desenvolvimento de revestimentos nanoestruturados para implantes osteointegrados

Abstract

O número de cirurgias para colocar implantes dentários tem vindo a aumentar, atualmente são cerca de um milhão por ano no mundo. No entanto, o implante apresenta algumas complicações biológicas que levam à sua falha. Destaca-se a doença peri-implantar que está associada à infeção tardia dos tecidos moles adjacentes ao implante, que provoca uma regressão no crescimento ósseo. Acrescenta ainda o longo período não funcional para o paciente. Assim sendo, espera-se que nos próximos anos estes obstáculos sejam ultrapassados. A nova geração de biomateriais aponta o tântalo (Ta) como uma aposta promissora. De facto este tem propriedades químicas de superfície muito interessantes, comparativamente ao titânio comercialmente puro (Ti-cp), como bioatividade e elevada energia livre de superfície. Implantes com superfícies oxidadas são também uma inovação para a implantologia. A interação bioquímica entre o implante e o osso é determinada pelas propriedades dos óxidos metálicos e não pelas propriedades do metal. As células ósseas interagem melhor com a camada de óxido, formando uma zona de difusão que promove uma ligação química mais forte. Também a modificação da topografia da superfície do implante à escala nano resulta numa maior interação entre a superfície e as proteínas, iões, biomoléculas e células, o que vai influenciar a adesão, proliferação e diferenciação de osteoblastos, acelerando a osteointegração. Neste trabalho foram depositados por pulverização catódica reativa filmes à base de tântalo como biomaterial. A superfície dos revestimentos de Ta foi nanofuncionalizada através da técnica de anodização, de modo a obter uma topografia nanoporosa altamente ordenada e avaliar a tendência à osteointegração com testes preliminares in vitro. A topografia porosa ordenada foi atingida utilizando dois passos de anodização. Também foi possível incorporar no óxido anódico iões de cálcio que tem uma influência ligeiramente positiva (em relação ao Ta como depositado) na bioatividade. Contudo, os resultados in vitro demonstraram que a amostra com maior teor de oxigénio (70 % at.) foi a amostra mais bioativa, pois foi a amostra que mais rapidamente demonstrou maior capacidade para adesão de cristais constituídos pelos elementos constituintes da hidroxiapatite. Salienta-se também que qualquer amostra depositada (funcionalizada ou não) demonstrou ter maior bioatividade do que Ti-cp, sendo este o resultado mais promissor desta dissertação.

The number of dental implant procedures has increased worldwide, reaching about one million per year. Unfortunately, their use is sometimes accompanied by failure due to poor aesthetics when soft-hard tissue margin recedes or peri-implantitis disease. As a consequence, further research is needed for developing new bioactive surfaces able to enhance the osseous growth. Tantalum (Ta), is pointed as a promising material for dental implants. In fact, Ta presents interesting chemical properties in relation to commercially pure titanium (Ti-cp), namely bioactivity and high surface free energy. Another promising approach for implantology is the development of implants with oxidized surfaces. The biochemical interaction between the implant and the bone is controlled by the oxide properties instead the metal properties. Bone progenitor cells interact with the oxide layer, forming a diffusion zone which promotes a stronger bond due to its ability to bind with calcium. Also, surface profiles in nanometer scale (volume porosity, pore sizes and geometry) are able to enhance surface-protein interaction, bioactivity and consequently osteoblast adhesion which play a fundamental role in the bone ingrowth. In the present work tantalum based coatings were deposited by reactive magnetron sputtering. In order to obtain a nanoporous topography, the coatings were submitted to an anodization process, and aftermost the bone ingrowth was evaluated by preliminary in vitro tests. The ordered nanoporous was achieved using two-step anodization. It was also possible to incorporate in the anodic oxide calcium ions that have a positive influence (relative to the as deposited Ta) in bioactivity. However, the results in vitro demonstrate that the sample with higher oxygen content (70% at.) will be more bioactive sample, because it was the sample that showed a greater affinity to adhere crystals elements by hydroxyapatite. Also very important, any deposited sample (functionalized or not) have demonstrated higher bioactivity than Ti-cp, which is the most promising result of this dissertation.