Efeito do processo de esterilização sobre as propriedades de revestimentos híbridos e sobre a diferenciação osteogênica de células-tronco mesenquimais

Abstract

Revestimentos híbridos silanos têm sido aplicados sobre a liga de Ti6Al4V como forma de melhorar sua resistência à corrosão e sua propriedade de bioatividade. No contexto de funcionalização de superfícies, a introdução de células-tronco em estruturas objetivando o crescimento de novos tecidos tem sido muito estudada, como por exemplo, no processo de osteointegração. No entanto, ao final do desenvolvimento de biomateriais, a escolha do processo de esterilização deve ser cuidadosamente considerada, uma vez que essa pode comprometer as propriedades requeridas para os mesmos. O presente trabalho teve por objetivo avaliar a influência de 3 diferentes processos de esterilização: autoclave a vapor, plasma de peróxido de hidrogênio e óxido de etileno, sobre as propriedades de um revestimento híbrido silano e sobre a diferenciação osteogênica de células-tronco mesenquimais. Para isso, os revestimentos foram obtidos a partir de um sol constituído pelos precursores silanos Tetraetoxisilano (TEOS) e Metiltrietoxisilano (MTES), aplicados sobre o substrato de Ti6Al4V. Para promover a bioatividade, partículas de hidroxiapatita foram dispersas em um segundo revestimento (TEOS/MTES + hidroxiapatita) aplicado sobre o primeiro (TEOS/MTES). Após a esterilização, os revestimentos foram avaliados por microscopia eletrônica de varredura, microscopia de força atômica, perfilometria, molhabilidade e espectroscopia no infravermelho por transformada de Fourier. O comportamento eletroquímico foi avaliado por monitoramento do potencial de circuito aberto e curvas de polarização potenciodinâmicas. A citocompatibilidade para células MG-63 foi avaliada para o revestimento protetivo e a diferenciação osteogênica para o revestimento bioativo aplicado sobre a camada protetiva. Os resultados mostraram que após a esterilização o efeito barreira do revestimento protetivo foi comprometido e isso pode ser associado às modificações superficiais ocasionadas pelos mesmos. Todos os processos de esterilização provocaram modificações morfológicas no revestimento bioativo, aumentando a bioatividade do mesmo. As esterilizações por óxido de etileno e plasma de peróxido de hidrogênio intensificaram a degradação hidrolítica do revestimento bioativo e a partir disso os mesmos apresentaram maiores índices de liberação de silício. Os revestimentos bioativos esterilizados não apresentaram citotoxicidade às células-tronco mesenquimais. O comportamento de adesão, viabilidade e diferenciação osteogênica foi favorecido sobre o revestimento esterilizado por plasma de peróxido de hidrogênio, comportamento oposto ao observado para o revestimento esterilizado por óxido de etileno.

Silane hybrid coatings have been applied on the Ti6Al4V alloy as a way to improve their corrosion resistance and their bioactivity properties. In the context of surface functionalization, the introduction of stem cells into structures, aiming at the growth of new tissues, has been much studied as, for example, in the process of osteointegration. However, at the end of the development of biomaterials, the choice of the sterilization process should be carefully considered, once this may compromise the properties required for it. The aim of the present work was to evaluate the influence of three different sterilization processes: steam autoclave, hydrogen peroxide plasma and ethylene oxide, on the protective and bioactive properties of a hybrid silane coating. For this, the coatings were obtained from a sol consisting of the precursor silanes Tetraethoxysilane (TEOS) and precursor Methyltriethoxysilane (MTES), applied on Ti6Al4V. To promote bioactivity, hydroxyapatite particles were dispersed in a second coating (TEOS/MTES + hydroxyapatite) applied on the first (TEOS/MTES). After sterilization, coatings were evaluated by scanning electron microscopy, atomic force microscopy, profilometry, wettability and fourier transform infrared spectroscopy The electrochemical behavior was evaluated by monitoring the open circuit potential and the potentialdynamic polarization curves. The cytocompatibility of MG-63 cells was evaluated for the protective coating and osteogenic differentiation for the bioactive coating applied on the protective layer. The results showed that after sterilization the barrier effect of the protective coating was compromised, and this may be associated with the surface modifications caused by the coating. All sterilization methods caused morphological modifications in the bioactive coating, increasing its bioactivity. Sterilization by ethylene oxide and hydrogen peroxide plasma intensified the hydrolytic degradation of the bioactive coating and from this they showed higher rates of silicon release. Sterilized bioactive coatings did not show cytotoxicity to mesenchymal stem cells. The behavior of adhesion, viability and osteogenic differentiation was favored on the sterilized coating of hydrogen peroxide plasma, behavior opposite to the observed coating sterilized by ethylene oxide.