APRÈN. Portal de la producció docent del professorat de la UPC

En el present Treball de Final de Grau es fa un estudi d'una possible tècnica de millora de la integració dels implants dentals de titani amb el teixit cel·lular, i tracta específicament l'opció de crear una superfície de titani el més antibacteriana possible. Mitjançant un atac de caràcter àcid, la superfície del titani queda modificada creant una nanoestructura que segons l'article Surface Nanoporosity has a greater influence on osteogènic and bacterial cell adhesion than crystallinity and wettability [1] esdevé antibacteriana. Així doncs, l'objectiu del projecte és replicar aquesta superfície que per si sola és antibacteriana i a més a més, tal com diu l'altre article Anhydride-functional silane immobilized onto titanium surfaces induces osteoblasts cell differentiation and reduces bacterial adhesion and biofilm formation [2], afegir un silà anomenat TESPSA que també té un efecte antibacterià; de forma que amb la combinació d'ambdós efectes, poder obtenir una superfície del titani idònia, pel seu caràcter antibacterià, pels implants dentals. Com a objectiu extra del projecte, s'intenta, també, optimitzar el temps de producció de la superfície de titani creada segons el primer dels articles [1]. Per a dur a terme aquest projecte cal un treball de laboratori que consta en la preparació de mostres de titani llises, fer sobre elles un atac àcid amb una solució anomenada Piranha, silanitzar les mostres amb TESPSA, fer una caracterització de la superfície atacada i finalment, realitzar assaigs amb bacteris amb l'objectiu de verificar si es tracta d'una superfície antibacteriana o no. A l'hora de procedir amb aquest treball de laboratori, s'ha pogut fer tot el proposat, tot i que els resultats d'alguns assajos no han estat els esperats. L'intent de rèplica de la superfície del titani de l'article de Rodriguez-Contreras, et al. 2018 [1], no ha resultat en la superfície antibacteriana esperada. De totes formes, s'ha procedit amb el projecte usant una variant de superfície que es va extreure a partir d'una variació en l'atac amb Piranha, per verificar l'efectivitat antibacteriana del TESPSA.

El titani (Ti) és el material més utilitzat en aplicacions dentals per la seva biocompatibilitat i les seves propietats mecàniques. Tot i això, aquest no és bioactiu, i en alguns casos no s'aconsegueix la integració tissular, suposant la pèrdua de l'implant. La mimetizació amb fragments de proteïnes de la matriu extracel·lular, obtinguts amb tècniques de recombinació d'ADN és una estratègia per a millorar les interaccions cèl·lula-material. El fragment d'unió a la heparina (HBII) de la fibronectina (FN), té la capacitat de captar factors de creixement (FC), com el BMP-2 i el TGF- β1, que tenen un rol important en la regeneració de teixit ossi i teixit connectiu, però no té capacitat d'atreure les cèl·lules. Per a aconseguir-ho es va mutar la seqüència de l'HBII per a incorporar la seqüència RGD la mínima seqüència d'aminoàcids que promou l'adhesió cel·lular. En aquest projecte s'ha fabricat la proteïna mutada (HBII-RGD) i s'ha unit covalentment a la superfície per a l'estudi de la resposta biològica dels fibroblasts i la capacitat d'unió al FC TGF- β1. La mutació confereix a la proteïna la capacitat de captar més TGF- β1, i estimula l'adhesió i proliferació cel·lular, així com l'activació de fibroblasts a miofibroblasts, induint la generació i remodelació de la MEC. Aquets resultats mostren el gran potencial de la molècula HBII-RGD de promoure la fibrointegració i d'aquesta manera induir amb una sola molècula la regeneració de teixit ossi i teixit connectiu.

For orthopaedic, dental or craniofacial applications osteointegration is critical for short-term initial stability and long-term success of the implant. Important efforts have been made in the past to optimize the osteointegration of titanium implants in bone-contact applications, focusing mainly on biofunctionalization methods of its surface to reduce healing times and accelerate integration into the host tissue. In the present in vitro study a heparin binding peptide (FHRRIKA) and a recombinant fragment of fibronectin, which contains an heparin binding domain as well (HBII), have been covalently immobilized onto titanium. Both the peptide and the recombinant protein fragment promoted the adhesion and proliferation of osteoblast-like cells (Saos-2) and fibroblasts (HFFs). In contrast, they only supported modest levels of cell spreading. Titanium functionalized with the peptide stimulates the expression of both osteoblast- and fibroblast-related genes, while titanium functionalized with the protein fragment stimulates only osteoblastic differentiation genes, being this strategy more selective. This study demonstrates that heparin-binding domains play an important role in a variety of biological processes, however it must be noted that surfaces coated with FHRRIKA or HBII did not reach the efficiency required for a material to be implanted. Nevertheless, the possibility of include in a single coating several cell surface receptors found in osteoblasts might be an interesting approach for developing novel biomaterial surfaces used in bone contact applications, in this coatings FHRRIKA or HBII could be included.