Titânio macroporoso para osteointegração: replicação inversa de esponjas poliméricas

Abstract

Apesar de o titânio ser um sucesso clínico em aplicações de ortopedia edentária, ainda persistem problemas relacionados com a ligação osso-implante para além das diferenças em termos de propriedades mecânicas, entre o osso e o material de implante, levando a que a reabsorção óssea ocorra. Para fazer frente as estes problemas, têm sido feitas tentativas a nível dodesign do implante de modo a desenvolver materiais com uma superfícieporosa tridimensional osteocondutiva para a regeneração óssea. A utilização de materiais com a estrutura anteriormente descrita permite uma ancoragembiológica para os tecidos circundantes através do crescimento ósseo nointerior dos seus poros. Além disso, o valor do módulo de Young pode serajustado de modo a equiparar o osso trabecular limitando o efeito deblindagem de tensões (“stress shielding”), prevenindo assim a reabsorção óssea na interface do implante. Este tipo de estrutura favorece aosteointegração uma vez que provê espaços de ancoragem para as células ósseas e para o aumento do tecido ósseo e vascular. Para além disto, e parase conseguir um crescimento ósseo mais rápido, através do espaço aberto doporo, e uma estabilização rápida e forte, mesmo sob condições desfavoráveis,recorresse ao revestimento destes materiais com cerâmicos bioactivos, talcomo a hidroxiapatite. Neste trabalho apresenta-se a produção de estruturas porosas de titânio, recorrendo-se ao método de replicação da esponja usando uma suspensão dehidreto de titâniocom as características reológicas adequadas, e revestidascom hidroxiapatite pelo método sol-gel. As estruturas porosas são caracterizadas em termos de microestrutura e propriedades mecânicas. Demodo a avaliar o carácter bioactivo destes materiais realizaram-se ensaios in vitro numa solução simuladora do plasma humano (SBF). Foram aindarealizados ensaios electroquímicos que permitiram avaliar a influência dorevestimento na protecção à corrosão. As estruturas porosas obtidas apresentam uma estrutura tridimensional, com porosidade aberta interligada. A introdução da porosidade faz baixar o valor domódulo de elasticidade reduzindo assim o efeito de blindagem de tensõese consequentemente evitando a reabsorção óssea. Os ensaios in vitromostraram o aparecimento de uma camada de hidroxiaptite nas paredes domaterial. Para além da bioactividade introduzida pelo revestimento aresistência à corrosão é também melhorada.

While titanium has been successful as an orthopedic or dental implant material,performance problems still persist related to implant-bone interfacial strength and mechanical modulusmismatch between titanium and tissue. To address these issues, current attempts in implant design have shifted towards thedevelopment of biomaterials incorporating three-dimensional osteoconductiveporous structures for bone regeneration. The advantage of porous materials is their ability to provide biological anchorage for the surrounding bone tissue viathe ingrowth of mineralized tissue into the pore space. Porous structures are anadvantageous alternative because the elastic modulus can be adjusted tomatch that of trabecular bone to limit stress shielding thereby preventing boneresorption at the implant interface. Furthermore, to achieve early and strong stabilization theses structures arecoated with bioactive ceramics, as hydroxyapatite. In the present work, titanium porous structures were produced by replicationsponge method, from TiH2 slurry, and coating with HA by the sol-gel process. The obtained structures were microstructure and mechanical characterized.The in vitro bioactivity was investigated by soaking them in a simulated body fluid (SBF). Electrochemical characterization was also recorded with the aim ofevaluated the coating effect on the corrosion resistance. The structures present a three-dimensionally interconnected porous structure. The porosity adjusts young’s modulus. With the in vitro tests an apatite layer on the porous surface was observed. The corrosion resistance is also improvedwith the coating.