¿Cómo interacciona un implante de titanio con el medio fisiológico que lo rodea?

Con el objetivo de entender cómo se comportan los implantes de titanio cuando son alojados en un entorno vivo, Laura Burgos-Asperilla y Concepción Alonso del Departamento Química Física Aplicada de la UAM en colaboración con Cristina García-Alonso y María Lorenza Escudero del CENIM, han llevado a cabo una serie de experimentos in vitro para conocer la influencia de cada uno de los componentes del medio celular sobre las superficies metálicas.

Los componentes del medio en el que se encuentran las células son, principalmente, sales inorgánicas como el fosfato diácido de sodio (NaH2PO4) y cloruro cálcico (CaCl2). Estas sales pueden formar “hidroxiapatita” que es un compuesto muy importante en la composición de los huesos.

Otros componentes de este medio son de naturaleza orgánica como la glucosa, que es necesaria para que se nutran las células formadoras de hueso (osteoblastos) y las proteínas, que cumplen con funciones muy variadas dentro del entorno vivo.

Los resultados de la investigación, publicados en Acta Biomaterialia, muestran que el NaH2PO4 presente en el medio celular hace que sobre el óxido de titanio, que espontáneamente cubre al titanio, se forme un enlace químico entre éste y el fosfato (P) de la sal. El óxido resultante, formado de Ti-O-P, protege la superficie del titanio de la corrosión impidiendo así la liberación de iones metálicos al medio vivo, los cuales pueden ser tóxicos para el organismo.

Por otra parte, se ha visto que cuando, experimentalmente, se incorpora CaCl2 a la disolución de NaH2PO4 aumenta la resistencia a la corrosión del óxido de titanio, debido a la modificación de la naturaleza del óxido formado. No obstante, la “precipitación” no es lo suficientemente abundante como para que se incorporen las proporciones necesarias de calcio (Ca) y P y se produzca la formación de “hidroxiapatita” (fase mineral del hueso) sobre la superficie del titanio. Ésto sería lo ideal pues así las células lo reconocerían como si fuera un hueso y se osteointegaría el implante mucho mejor.

Asimismo, la presencia de proteínas, como la albúmina, la más abundante presente en el medio de cultivo, también interacciona con la superficie metálica del Ti, adsorbiéndose sobre él. Este hecho se ve favorecido por la presencia de los iones Ca2+ que actúan como puente de unión entre la albúmina y la superficie del titanio debido a la atracción electrostática entre ambos componentes.

No hay que olvidar además, que se forman complejos organometálicos entre los iones de titanio liberados y las proteínas adsorbidas, los cuales favorecen por un lado la disolución del titanio, y por otro impiden (las proteínas adsorbidas) la difusión del oxígeno hasta su superficie. Lo que implica que no se produzca la corrosión del implante.

Todo este mecanismo se corrobora cuando se utiliza una disolución de suero bovino fetal (FBS), solución que contiene las sales inorgánicas anteriormente citadas, y además de la albúmina, otras proteínas y aminoácidos.