Immobilization of bisphosphonates on nanostructured films of TiO2 and hydroxyapatite

Abstract

Os bisfosfonatos são uma classe de moléculas orgânicas utilizadas para o crescimento ósseo, porém, o uso prolongado desses dessas moléculas está relacionado à osteonecrose mandibular. Para manter a capacidade de promover o crescimento ósseo, a imobilização dessas moléculas na superfície dos implantes é uma alternativa para aumentar a biocompatibilidade dos implantes sem apresentar os efeitos colaterais da exposição prolongada a essas moléculas. Esta tese visa colaborar com dados e discussões de bifosfonatos imobilizados em superfícies de TiO2 de hidroxiapatita (HA), com base principalmente em medidas de espectroscopia de fotoelétrons excitados por raios X, potencial zeta e microscopia de força atômica. Primeiramente, foram investigadas camadas de ácido octadecilfosfônico sobre TiO2 obtidas por sputtering, depois bifosfonatos em diferentes superfícies, como TiO2 por sol-gel e hidroxiapatita. Os dados obtidos a partir de simulação computacional foram utilizados e discutidos juntamente com os dados experimentais. Os resultados indicam que os bisfosfonatos adsorvem na superfície expondo os grupos fosfonatos e promovendo uma superfície hidrofílica. Além disso, mudanças no pH alteram a carga superficial devido à presença de espécies P-OH e -N+. Em superfícies de dióxido de titânio, a adsorção pode ser potencializada pelo processo de hidroxilação, como mostrado nas curvas de adsorção dos bifosfonatos. Nenhum efeito citotóxico foi observado nas amostras preparadas. A estratégia aplicada é se mostrou adequada para a investigação de moléculas bioativas e pode ser utilizada como base para outros compostos.

Bisphosphonates are a class of organic molecules used for bone growth, however, the prolonged use of these molecules is related to mandibular osteonecrosis. To maintain the ability to promote bone growth, the immobilization of these molecules on the surface of implants is an alternative to increasing the biocompatibility of implants without presenting the side effects of prolonged exposu re. This thesis aims to collaborate with data and discussions of bisphosphonates immobilized on TiO2 surfaces of hydroxyapatite (HA), based mainly on measurements of X-ray photoelectron spectroscopy, zeta potential, and atomic force microscopy. First, layers of octadecylphosphonic acid on TiO2 obtained by sputtering were investigated, then bisphosphonates on different surfaces, such as TiO2 by sol-gel and hydroxyapatite. Data obtained from computer simulation were used and discussed together with the experimental data. The results indicate that bisphosphonates adsorb on the surface exposing the phosphonate groups, and promoting a hydrophilic surface. Furthermore, changes in pH alter the surface charge due to the presence of P-OH and -N+ species. On titanium dioxide surfaces, adsorption can be enhanced by the hydroxylation process, as shown in the adsorption curves of bisphosphonates. No cytotoxic effect was observed on prepared samples. The applied strategy is a suitable strategy for the investigation of bioactive molecules and can be used as a basis for other compounds.