Funcionalização de nano hidroxiapatite para aplicações antibacterianas

Abstract

A hidroxiapatite é o principal componente inorgânico dos tecidos duros, sendo química e estruturalmente semelhante à parte mineral do osso. É utilizada em várias aplicações biomédicas (ortopédicas, dentárias), pela sua biocompatibilidade, bioactividade e capacidade osteointegrativa. Deste modo é amplamente utilizada em enxertos ósseos para preencher defeitos ou lacunas, ou como revestimento de implantes dentários e ortopédicos, promovendo a regeneração óssea e facilitando o seu processo de reparação. A hidroxiapatite nanométrica é a mais adequada para efeito, pois os componentes da matriz óssea são também eles de dimensões nanométricas. Um dos problemas de alguns procedimentos cirúrgicos onde a hidroxiapatite é utilizada, é a rejeição dos implantes e as infecções relacionadas com a cirurgia. De modo a encontrar soluções para esta situação, têm sido conduzidos inúmeros estudos com o intuito de conferir à hidroxiapatite propriedades antibacterianas. Alguns elementos como a prata e o cobre são conhecidos pelo facto de serem antibacterianos. A substituição de cálcio por prata confere grande capacidade de acção antibacteriana, contra diversas estirpes de bactérias gram positiva e gram negativa. O presente trabalho tem como objectivos estudar, em parceria com a empresa FLUIDINOVA (Maia), a produção de hidroxiapatite dopada com prata, de modo a conferir-lhe propriedades antibacterianas, com o intuito de diminuir os problemas associados a infeções aquando da aplicação de implantes que a utilizem. Para esse efeito são utilizadas duas metodologias: (i) a síntese de hidroxiapatite dopada recorrendo a um método de precipitação química e (ii) a troca iónica, partindo de uma hidroxiapatite (comercial ou previamente preparada). A hidroxiapatite dopada pelos dois processos foi extensivamente caracterizada quanto às suas propriedades físico-químicas, morfologia e actividade antibacteriana. Conclui-se que foi possível obter hidroxiapatite dopada com prata por duas vias distintas, precipitação química e troca iónica. Os resultados mostram que as amostras selecionadas não apresentam segundas fases nos seus difractogramas, possuem áreas superficiais específicas elevadas, são mesoporosas e têm um tamanho de partícula na ordem dos 50 nm e uma morfologia do tipo bastonete, e que todas as amostras dopadas evidenciam actividade antibacteriana. Para as amostras dopadas sintetizadas por precipitação química, observou-se uma redução de pelo menos 99,9% no número de bácterias viáveis, para ambas as estirpes bacterianas em estudo, comuns em ambientes hospitalares.

Hydroxyapatite is the major inorganic component of hard tissues, being chemically and structurally similar to the mineral part of the bone. It is used in various biomedical applications (orthopedic, dental), due to its biocompatibility, bioactivity and osseointegrative capacity. Thus, it is widely used in bone grafting to fill defects or voids, or as a coating of dental and orthopedic implants, promoting bone regeneration and facilitating its repair process. Nanometric hydroxyapatite is the most appropriate for this purpose, since the bone matrix components are themselves of nanometric dimensions. One of the problems of some surgical procedures where hydroxyapatite is used, is the rejection of implants and infections related to surgery. In order to find solutions for this problem, many studies have been conducted in order to grant antibacterial properties to hydroxyapatite. Some elements such as silver and copper are known for their antibacterial behavior. The substitution of calcium by silver has proven to provide hydroxyapatite antibacterial activity against various strains of both gram positive and gram negative bacteria. This work aims to study, in partnership with the company FLUIDINOVA (Maia, Portugal), the production of silver doped hydroxyapatite that could exhibit antibacterial behaviour, and hence, reduce the problems associated with infections when applying it on implants. For this purpose, two strategies are used: (i) the synthesis of silver doped hydroxyapatite using a chemical precipitation method, and (ii) ion exchange process, using hydroxyapatite powders (commercial or previously synthesized). Hydroxyapatite doped by the two processes has been extensively characterized in terms of its physicochemical properties, morphology and antibacterial activity. It was concluded that it was possible to obtain silver doped hydroxyapatite by two distinct routes, chemical precipitation and ion exchange. The results showed that the selected samples do not show second phases in their diffractograms, have high specific surface areas, are mesoporous and have a particle size in the order of 50 nm and nanorod morphology, and that all doped samples show antibacterial activity. For the doped samples synthesized by chemical precipitation, a reduction of at least 99.9% in the number of viable bacteria was observed for both bacterial strains that were studied, common in hospital environments.