Funcionalização por polimerização por plasma frio em Ti6Al4V para aplicação biomédica

Abstract

O sucesso do implante no sistema biológico depende das características de superfície, as quais permitem reações interfaciais entre as substâncias orgânicas e o substrato inorgânico, ou seja, depende da interface criada entre o material e o tecido adjacente. Tais propriedades são influenciadas pela funcionalização superficial do implante. Dessa forma, processos de funcionalização de superfícies de titânio e suas ligas têm sido desenvolvidos, visando obter características superficiais que facilitem assimilação do implante pelo organismo vivo. Estudos têm demonstrado que as células-tronco respondem de forma positiva às superfícies nanotexturizadas da liga Ti6Al4V, que é uma liga amplamente utilizada na fabricação de implantes biomédicos. Nesse contexto, no presente trabalho foi estudado o efeito da funcionalização por polimerização por plasma frio em superfícies nanoestruturadas de Ti6Al4V sobre as propriedades morfológicas, físico-químicas e de sua resposta biológica via viabilidade celular. Os tratamentos superficiais foram realizados através de tratamento eletroquímico por 4 minutos, a 25V e 7°C e posterior aplicação de filme polimérico através da técnica de polimerização por plasma, utilizando o Tetraetoxissilano (TEOS) como precursor. A caracterização morfológica das superfícies foi realizada por meio de microscopia de força atômica (AFM), microscopia eletrônica de varredura (MEV-EDS), microscopia óptica, perfilometria e elipsometria espectral. Além disso, as superfícies foram caracterizadas quanto à composição química (fluorescência por raios-x) e molhabilidade. As superfícies funcionalizadas também foram avaliadas quanto a citotoxicidade. Células-tronco mesenquimais conhecidas como SHED foram semeadas às superfícies, e a viabilidade celular foi avaliada por meio do ensaio de atividade mitocondrial MTT (brometo de [3-(4,5-dimetiltiazol-2yl)-2,5-difenil tetrazolium]) e por coloração com núcleo com DAPI com diacetato de fluoresceína (FDA) e iodeto de propídio (IP) em ensaio do tipo live/dead. Os resultados mostraram que as amostras lixadas e polimerizadas por plasma frio apresentaram maior número de células-tronco viáveis do que a superfície nanoestruturadas e polimerizadas por plasma a frio. As irregularidades provenientes do lixamento mecânico associadas com o filme fino obtido por polimerização por plasma frio podem ter favorecido o ancoramento das células-tronco contribuindo para a melhor viabilidade celular.

The success of the implant in the biological system depends on the surface characteristics, which allow interfacial reactions between organic substances and the inorganic substrate, that is, it depends on the interface created between the material and the adjacent tissue. Such properties are influenced by the superficial functionalization of the implant. In this way, functionalization processes of titanium surfaces and their alloys have been developed, aiming at obtaining superficial characteristics that facilitate assimilation of the implant by the living organism. Studies have shown that stem cells respond positively to the nanotextured surfaces of the Ti6Al4V alloy, which is an alloy widely used in the manufacture of biomedical implants. In this context, the present work intends to study the effect of functionalization by cold plasma polymerization on Ti6Al4V nanostructured surfaces on the morphological, physical-chemical properties and their biological response via cell viability. The surface treatments were carried out through electrochemical treatment for 4 minutes, at 25V and 7° C and subsequent application of polymeric film through the technique of plasma polymerization, using TEOS as a precursor. The morphological characterization of the surfaces was carried out by means of atomic force microscopy (AFM), scanning electron microscopy (SEM-EDS), optical microscopy, profilometry and spectral ellipsometry. In addition, the surfaces were characterized in terms of chemical composition (x-ray fluorescence) and wettability. Functionalized surfaces were also evaluated for cytotoxicity. Mesenchymal stem cells known as SHED have been associated with surfaces, and cell viability has been assessed using the MTT mitochondrial activity assay ([3- (4,5-dimethylthiazol-2yl) - 2,5-diphenyl tetrazolium bromide]) and by core staining with DAPI with fluorescein diacetate (FDA) and propidium iodide (PI) in a LIVE / DEAD type assay. The results showed that the samples sanded and polymerized by cold plasma had a higher number of viable stem cells than the nanostructured surface and polymerized by cold plasma. Irregularities resulting from mechanical sanding associated with the thin film obtained by cold plasma polymerization may have favored the anchoring of stem cells, contributing to better cell viability.