Osteogênese e formação de biofilmes em superfícies de titânio submetidas ao tratamento de implantação iônica por imersão em plasma de oxigênio

Abstract

Neste estudo foram caracterizadas superfícies de titânio (Ti) obtidas após utilização de diferentes temperaturas pela técnica de implantação iônica por imersão em plasma de oxigênio (O-IIIP), bem como correlacionado o efeito deste tratamento com a osteogênese e formação de biofilmes microbianos monotípicos. As amostras foram caracterizadas por meio de análises de química de superfície, rugosidade e textura da superfície, molhabilidade e resistência à corrosão. Além disso, análises de biocompatibilidade por meio de interação e viabilidade celular, conteúdo de proteína total, atividade de fosfatase alcalina e quantificação de nódulos de mineralização foram realizadas sobre a linhagem celular MG-63 (osteoblato humano). Análise de formação de biofilmes de Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus aureus, Streptococcus mutans e Candida albicans sobre as superfícies também foi realizada. Os dados foram estatisticamente analisados por teste ANOVA e Tukey (p<0,05, p<0,001 e p<0,0001). Os resultados das análises de química de superfície demonstraram um aumento proporcional da quantidade de O conforme aumento da temperatura utilizada na técnica de O-IIIP, verificando ainda a presença de TiO2 nos grupos tratados a 500ºC e 600ºC. Foi observado que, em escala nanométrica, houve um aumento significativo da rugosidade e da área superficial nas amostras tratadas com O-IIIP conforme aumento da temperatura utilizada, apresentando ainda, um aumento significativo da hidrofobicidade e resistência à corrosão nas amostras tratadas com O-IIIP. A análise de biocompatibilidade demonstrou aumento significativo em relação à viabilidade celular, produção de proteína total, atividade de fosfatase alcalina e formação de nódulos de mineralização no grupo tratado com OIIIP a 600ºC, em relação aos demais grupos. Nas análises realizadas com biofilmes microbianos monotípicos foi verificada redução significativa de microorganismos, principalmente nos grupos submetidos ao tratamento com O-IIIP a 500ºC e 600ºC. Com isso, foi concluído que, as amostras submetidas à técnica O-IIIP apresentaram superfícies com variações químicas e físicas, as quais foram proporcionais ao aumento da temperatura utilizada no tratamento, sendo que o grupo tratado com temperatura mais elevada (600ºC) demonstrou influência positiva na atividade e diferenciação celular, além de exibir redução na formação de biofilmes monomicrobianos.

In this study, titanium surfaces were produced by the ion implantation technique, immersing samples in oxygen plasma (O-IIIP), at different temperatures. Therapeutic effects of the surface modification were evaluated for osteogenesis and formation of monotypic microbial biofilms. Roughness, texture, wettability, corrosion resistance and chemical composition of the samples were characterized. Moreover, biocompatibility of the produced materials was verified by cell interaction and viability, total protein content, alkaline phosphatase activity, and quantification of mineralization nodules assays were performed on MG-63 (human osteoblate) cells. Biofilm formation of Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus aureus, Streptococcus mutans and Candida albicans on surfaces was also evaluated. Data were statistically analyzed by ANOVA and Tukey test. A proportional intensification in the amount of oxygen was observed as the temperature used in the O-IIIP technique raised, also, TiO2 was observed in the groups treated at 500ºC and 60 ºC. At nanoscale, there was a statistic increase in both roughness and surface area in samples treated with O-IIIP as a result of the increase of the temperature used. Hydrophobicity and corrosion resistance were also higher in samples treated with OIIIP. According to the performed biocompatibility analyzes, cell viability, total protein production, alkaline phosphatase activity and the formation of mineralized nodules were stimulated and increased in the group treated with O-IIIP at 600 ºC, compared to the other groups. In the assays performed with monotypic microbial biofilms, a statistic reduction of microorganisms was observed especially in the groups submitted to O-IIIP treatment at 500ºC and 600ºC. Therefore, we demonstrated here that O-IIIP technique was able to chemically and physically modify surfaces, and these modifications were proportional to the increase in temperature used in the treatment. Samples treated with the highest evaluated temperature (600ºC) had a positive influence in cell activity and differentiation, and in reducing monomicrobial biofilms formation.