Recubrimiento de implantes metálicos con grafeno evitaría que el cuerpo los rechace

En ocasiones el organismo rechaza los implantes que tienen contacto con los huesos –usados para solucionar fracturas o para procedimientos periodontales– haciendo que se aflojen, o, peor aún, que provoquen daños y sea necesario retirar tejido sano, rasparlo, o amputar la zona afectada.

“Es como si el implante no se ‘comunicara’ bien con las células del cuerpo. Estas no se sienten cómodas para adoptarlo como propio, a veces porque el material libera iones metálicos que generan reacciones alérgicas”, explica Yuliana Andrea Franco Márquez, magíster en Ingeniería - Materiales y Procesos de la Universidad Nacional de Colombia (UNAL) Sede Medellín.

Con el fin de aportar a esta problemática, la investigadora creó un recubrimiento para “bañar” los materiales antes de que se implanten en el cuerpo de un paciente.

“Los implantes se hacen con muchos tipos de materiales; entre los más comunes están las aleaciones o mezclas de titanio, aluminio y vanadio (Ti-6Al-4V), los de titanio con níquel, con magnetitas, poliméricos y cerámicos, que aunque han dado buenos resultados a lo largo del tiempo siguen generando rechazo, corrosión y abrasión, e incluso carcinogénesis, es decir crecimiento descontrolado y maligno de las células”, explica la magíster.

Para su proyecto trabajó con implantes hechos de Ti-6Al-4V, aleación muy empleada en procedimientos dentales. “Uno de los materiales que implementamos fue el grafeno, un nanomaterial con propiedades antimicrobianas, es biocompatible y tiene baja toxicidad, además de que se ha investigado para el tratamiento de patologías como el cáncer a través del desarrollo de biomarcadores y biosensores que monitorean el estado de las células”, agrega.

Además del grafeno se incorporó silicato de calcio –aislamiento térmico usado en aplicaciones comerciales e industriales–, un elemento que mostró resultados favorables en investigaciones previas.

“Nos aseguramos de obtener una solución madre que propiciara la síntesis de un recubrimiento biocerámico apto, que promoviera, entre otras cosas, la formación adecuada del hueso a intervenir”, indica.

El proceso de investigación incluyó la preparación superficial de Ti-6AL-4V, que consistió en una etapa de pulido y anodizado, la cual se aplica para de promover el crecimiento de una capa de óxido de titanio que funcione como protección.

“Luego hicimos la síntesis del recubrimiento mediante ‘oxidación por plasma electrolítico’ u oxidación por microarco, técnica que utiliza altos voltajes y presiones para generar interacciones, difusiones térmicas y reacciones químicas homogéneas, es decir, entre todos los elementos: grafeno, silicato de calcio y demás fosfatos cálcicos”.

Así, se probaron soluciones con presencia de grafeno al 0,1, 0,3, 0,6 y 0,9 %, para luego someterlas a tratamientos térmicos a 400 y 600 ºC. “Esto nos permitió favorecer la síntesis de un recubrimiento biocerámico con diferentes relaciones calcio-fósforo, las cuales pueden promover una buena interacción entre el implante y las células óseas”, explica la magíster.

Con el recubrimiento listo se pudo evaluar cómo quedó el recubrimiento, mediante técnicas de caracterización como difracción de rayos X, espectroscopia Raman y espectroscopia de impedancia electroquímica, entre otras, y se evidenció que se adaptó exitosamente al material.

“Después hicimos la prueba en cultivos de células de osteosarcoma humano, un tipo de tumor óseo canceroso. En ella evaluamos el comportamiento y la adhesión celular con el material y el recubrimiento, y observamos resultados prometedores, en especial para los recubrimientos sintetizados con 0,3 y 0,1 % de grafeno y pasados por tratamientos térmicos a 600 ºC”.

“El recubrimiento desarrollado sería muy útil en el área de la odontología, específicamente en procedimientos periodontales. A futuro será importante hacer pruebas para evaluar qué ocurría si se aplican temperaturas superiores a los 600 ºC, y también es crucial probar en más cultivos celulares para determinar la citotoxicidad y, más adelante, hacer ensayos in vivo con animales o personas”, concluye la magíster.