Síntesis, caracterización, evaluación de la bioactividad y potencial toxicológico (en células troncales mesenquimales derivadas de pulpa dental) de Ag@HA

Abstract

La infección bacteriana es un factor de riesgo importante en la cirugía ortopédica, millones de personas en el mundo reciben implantes ortopédicos cada año, incluso un bajo porcentaje de las infecciones reportadas pueden causar complicaciones graves. Las infecciones son causadas principalmente por dos bacterias, Staphylococcus aureus y Staphylococcus epidermidis. Después de la infección, estas bacterias forman biopelículas en la superficie del implante y se vuelven altamente resistentes al tratamiento antibiótico sistémico. En los últimos años se ha generado una creciente demanda de nuevos materiales encaminados a la regeneración de defectos óseos. Estos nuevos materiales deben ser capaces de reemplazar y restaurar el tejido óseo permitiendo su regeneración. En éste trabajo se sintetizaron materiales nanoestructurados de Hidroxiapatita (HA) mediante la técnica de precipitación controlada, teniendo siete materiales HA, HA bovina, HA+Ag5% superficie, Ag5%@HA, HA/AS (hidroxiapatita/ alginato de sodio), HA/AS+Ag5%superficie, Ag5%@HA/AS, con el objetivo de analizar las propiedades estructurales y microestructurales, así como evaluar la respuesta de la biocompatibilidad y bioactividad celular in vitro. Los nanomateriales fueron caracterizados por Microscopía Electrónica de Barrido (MEB), Espectroscopía de Energía Dispersiva de Rayos X (EDS), Raman, Difracción de Rayos X (DRX) y Espectroscopía Infrarroja Transformada de Fourier (FTIR). La biocompatibilidad de los nanomateriales se evaluó mediante adhesión y viabilidad celular. En osteoblastos se demostró que la adhesión se vio favorecida por HA+Ag5% en la superficie y HA/AS+Ag5% en la superficie al tener 134% de adhesión a las 12 h. En hepatocitos la viabilidad con MTT se vio mejorada en HA/AS + Ag superficie y Ag5%@HA/AS (126%) a la concentración de 1mg/mL cuando se colocó en solución en un tiempo de 24 h. La viabilidad con PrestoBlue evaluada en hMSC-P se vio favorecida por los hidrogeles cargados con los nanomateriales, al día 1 presentaron una viabilidad mayor al 90% al día 7 sobrepasan el 100% y mantuvieron su viabilidad al día 14 de cultivo celular. Página | 19 También se evaluó la actividad antimicrobiana de los nanocompósitos con plata al 5% en la superficie y dentro de la estructura frente a una bacteria Gram positiva (S. aureus), presentando susceptibilidad a los nanomateriales: HA + Ag5% superficie (3mg/ mL), Ag5%@ HA (5mg/ mL), HA/AS+Ag5% superficie (5mg/ mL), Ag5%@ HA/AS (3.5mg/ mL) a las 5 horas de interacción bacteriana.

Bacterial infection is a major risk factor in orthopedic surgery, millions of people in the world receive orthopedic implants every year, even a low percentage of reported infections can cause serious complications. The infections are caused mainly by two bacteria, Staphylococcus aureus and Staphylococcus epidermidis. After infection, these bacteria form biofilms on the surface of the implant and become highly resistant to systemic antibiotic treatment. In recent years, there has been an increasing demand for new materials aimed at the regeneration of bone defects. These new materials must be able to replace and restore the bone tissue allowing its regeneration. In this work, nanostructured materials of Hydroxyapatite (HA) were synthesized using the technique of controlled precipitation, different compositions were explored: having seven materials HA, HA bovine, HA + Ag5% surface, Ag5%@HA, HA/AS (hydroxyapatite/sodium alginate), HA/AS + Ag5% surface and Ag5%@HA/AS, with the objective of analyzing structural and microstructural properties, as well as evaluating the response of biocompatibility and cellular bioactivity in vitro. The nanomaterials were characterized by Electronic Scanning Microscopy (SEM), Dispersive Energy X-ray Spectroscopy (EDS), Raman, X-ray Diffraction (XRD) and Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR). The biocompatibility of the nanomaterials was evaluated through adhesion and cell viability. In osteoblasts it was demonstrated that the adhesion was favored by HA+Ag5% on the surface and HA/AS + Ag5% surface, having 134% adhesion at 12 h. In hepatocytes the viability with MTT was improved in HA AS + Ag surface and Ag5%@HA/AS (126%) at the concentration of 1mg/mL when placed in solution in a time of 24 h. The viability with PrestoBlue evaluated in hMSC-P was favored by the hydrogels loaded with the nanomaterials, on day 1 they presented a viability greater than 90% at day 7 exceeding 100% and maintained their viability at day 14 of cell culture. Página | 21 Also the antimicrobial activity of the nanocomposites was evaluated with 5% silver on the surface and within its structure against a Gram positive bacterium (S. aureus), presenting susceptibility to nanomaterials: HA+Ag5% surface (3mg/mL), Ag5%@HA (5mg/mL), HA/AS+Ag5% surface (5mg/mL), Ag5%@HA/AS (3.5mg/mL) after 5 hours of interaction with the bacteria.