Evaluación de la actividad antibacteriana de Ti6AI4v anodizado mediante un modelo in vitro de la carrera por la superficie en presencia de células preosteoblásticas

Resumen

La implantación exitosa de una prótesis requiere la correcta integración tisular, la ausencia de infección y una respuesta inflamatoria limitada. El destino de la superficie de un biomaterial (BM) puede conceptualizarse como una carrera por la superficie: una competición entre la integración de las células tisulares y la adhesión bacteriana a esta. Si las primeras ganan, ocupan la superficie y se vuelve menos vulnerable para la colonización bacteriana. Si vencen las bacterias, el implante se cubre por una biopelícula que impide la integración tisular. Los objetivos fueron: 1. Desarrollar un método sencillo y reproducible para el estudio de la patogenia de la infección asociada a BM. 2. Estudiar la adherencia bacteriana en co-cultivo con osteoblastos. 3. Determinar la adherencia osteoblástica en co-cultivo con bacterias. 4. Determinar la concentración mínima de bacterias en co-cultivo necesaria para adherirse a las superficies de las aleaciones de titanio (Ti). 5. Comprobar la variabilidad especie-específica de las cepas clínicas. 6. Evaluar la respuesta inflamatoria macrofágica ante las diferentes topografías superficiales. Se utilizaron 2 cepas de colección y 6 clínicas de Staphylococcus spp., preosteoblastos (POB) MC3T3-E1 y discos de Ti6Al4V con 3 topografías distintas: pulida químicamente (CP), nanoporosa (NP) y nanotubular (NT). Los discos se incubaron durante 6 h con soluciones de co-cultivo bacterias- POB (concentración de POB constante y bacteriana variable) o de monocultivo (solo bacterias). Se evaluó la adherencia bacteriana y de POB. 2 Para estudiar la respuesta inflamatoria, los discos se incubaron durante 24 h con soluciones de macrófagos RAW 264.7. Se determinó la liberación de citoquinas proinflamatorias y óxido nítrico (NO) por ELISA y Reactivo de Griess, respectivamente y, por citometría de flujo, las poblaciones CD80+. En co-cultivo, los S. aureus (SA) de colección se adhirieron más a discos NP y NT que S. epidermidis (SE). Para las cepas clínicas, SA tendía a adherirse más a CP y NT que SE. Se objetivó gran variabilidad intra- e interespecífica. Los SA de colección presentaron mayor adhesión a los discos NT, seguidos de NP y finalmente, CP. La mayoría de las clínicas se adhirieron más a CP, sin diferencias entre NP y NT. La adhesión de MC3T3-E1 en co-cultivo a discos CP fue mayor con SE que con SA. Para NP y NT se observó lo opuesto. Con cepas clínicas, hubo mucha variabilidad. Los discos NP y NT promovieron mayor adhesión de POB que los CP. En general, las cepas de colección se adhirieron menos a CP en co- que en mono-cultivo. Para NP y NT, presentaron mayor adhesión en co-cultivo. Esto también se observó para 4 de las 6 cepas clínicas. Los estudios de liberación de TNF-alfa, IL-1beta y NO por los macrófagos no mostraron diferencias en la capacidad inflamatoria entre las 3 superficies. El estudio de CD80+ concluyó con una mayor capacidad inflamatoria para NT, en comparación con CP. Se concluyó que: 3 1. Se desarrolló un modelo in vitro sencillo y reproducible para evaluar la adhesión de bacterias y POB simultáneamente a la superficie de los BM. 2. La presencia de nanoporos, nanotubos y/o flúor ejerció un efecto antiadherente bacteriano en presencia de POB. 3. Las modificaciones topográficas en nanoescala presentaron un efecto beneficioso para la integración de las células óseas. 4. No se observaron diferencias de adhesión bacteriana ni preosteoblástica entre superficies NP y NT. 5. Las cepas de SA requirieron menor inóculo y presentaron mayor adhesión que SE en presencia de POB. 6. Se observaron diferencias en la adherencia entre las cepas clínicas entre sí, y entre estas y las de colección. 7. Se objetivó una tendencia a favor de la adhesión bacteriana en presencia de POB. 8. Para el estudio de poblaciones CD80+, las superficies NT provocaron mayor respuesta inflamatoria en comparación con CP, si bien no se obtuvieron diferencias en liberación de citoquinas y NO, ni entre las demás superficies estudiadas.