Avaliação da biocompatibilidade de ligas metálicas ortopédicas: estudos in vitro e in vivo

Abstract

A degradação biológica dos implantes médicos resulta na libertação de iões metálicos que se acumulam nos tecidos adjacentes ao implante ou se disseminam através do sistema hematológico, podendo interferir com as funções biológicas. Os biomateriais metálicos mais utilizados em implantologia incluem o aço inoxidável e as ligas de Co-Cr-Mo e Ti-AI-Va. Deste modo, para saber se os iões libertados das ligas metálicas causam alteração da resposta imunológica, começámos por determinar os seus efeitos in vitro na expressão dos antigénios de superfície linfocitária. O Fe3+ e o Co2+ causaram inibição do CD2 e o Ni2+ causou inibição do CD2 e do CD3. Como estas moléculas estão envolvidas na activação celular, desenvolveu-se um método para estimulação dos linfócitos, simultaneamente via CD2 e CD3, que foi utilizado para avaliar os efeitos destes iões na activação e proliferação linfocitária, tendo-se demonstrado que o subgrupo de células T supressoras/citotóxicas foi o mais atingido. Para mimetizar mais de perto a situação in vivo da corrosão dos biomateriais, o níquel e o ferro foram dissolvidos em soro humano aplicando uma corrente eléctrica constante, o que resultou também na inibição da proliferação linfocitária. Em testes de mutagenicidade efectuados no presente trabalho, o ferro, o níquel e o cobalto não causaram qualquer efeito. Na avaliação da alteração de populações linfocitárias residentes nos orgãos linfoides de ratinhos, embora a injecção de produtos de corrosão obtidos a partir de ligas de aço inoxidável e de Co-Cr tenha causado deplecção dos linfócitos T e B do baço, esta não foi específica para uma população linfocitária determinada, concluindo-se deste trabalho que os efeitos dos iões metálicos libertados das próteses observados in vitro (inibição da expressão de antigénios de superfície e da proliferação linfocitária), não se observaram in vivo, justificando assim a ampla utilização destes implantes.

Biological degradation of medical implants results in the release of metal ions that can either accumulate in adjacent tissues surrounding the implant or enter the bloodstream, and they may thus interfere with biological functions. Stainless steel, Co-Cr-Mo and Ti-Al-Va alloys represent some of the most widely used metallic biomaterials used in medicine. Therefore, to assess the effects of metal ions in the immune response, we started with the determination of their in vitro effects in the expression of surface lymphocyte antigens. Fe3+ and Co2+ have caused inhibition of CO2 and Ni2+ has caused inhibition both of CD2 and CD3. As these molecules are involved in cell activation, we have developed a method for the stimulation of lymphocytes in wich both CD2 and CD3 molecules are triggered simultaneously. We have used this method to assess the effect of metal ions in lymphocyte activation and proliferation. Cytotoxic T cell subset was the most reduced one. In order to mimic more closely the situation in vivo, nickel and iron were dissolved in human serum, by applying a small constant electrical current, and inhibition of lymphocyte proliferation was also observed. In mutagenicity tests carried out during this work, there was no effect caused by iron, nickel or cobalt. In the evaluation of changes in the cell populations of lymphoid organs, although the injection of stainless steel and Co-Cr-Mo alloys corrosion products caused a depletion in spleen T and B lymphocytes, this depletion was not specific for a particular lymphocyte population. We conclude from our results that the in vitro effects of metal ions released from metallic implants (inhibition of the expression of surface antigens and cell proliferation) were not observed in vivo, thus justifying the widespread use of these devices.