Evaluación de propiedades biológicas de biomateriales sinterizados de wollastonita natural y biocompósitos de hidroxiapatita/wollastonita, preparados por diferentes rutas sol-gel

Abstract

Uno de los materiales más utilizados en la cirugía de tejido óseo es la hidroxiapatita, Ca10(PO4)6(OH)2 debido a que presenta una composición química similar a los tejidos duros del cuerpo (huesos y dientes), así como también, presenta propiedades biológicas de gran interés para implantes óseos. Sin embargo, la hidroxiapatita muestra una baja resistencia mecánica, tenacidad a la fractura y resistencia a la fatiga lo que restringe su uso para regiones del cuerpo humano sin situaciones de carga o estrés. Uno de los métodos para solucionar estas dificultades es la incorporación de una fase de refuerzo con buenas propiedades mecánicas y que no reduzca la buena biocompatibilidad ya existente en el material. Los materiales cerámicos son ideales para realizar este compósito, la wollastonita CaSiO3 ha sido utilizada como biomaterial debido a su buena bioactividad y propiedades mecánicas. En el presente trabajo, se sintetizaron materiales de hidroxipatita-wollastonita utilizando dos rutas sol-gel diferentes. Ruta I utilizando acetato de calcio Ca(C2H3O2)2, y trietil fosfato PO(OC2H5)3, como agentes precursores de hidroxiapatita y wollastonita natural de alta pureza. Ruta II utilizando nitrato de calcio Ca(NO3)2.4H2O y fosfato de amonio (NH4)HPO4 como agentes precursores de hidroxiapatita. Los polvos de los materiales sintetizados fueron prensados a 220 MPa y sinterizados a 1200°C durante 5 horas con el objetivo de producir materiales densos. Los materiales fueron caracterizados por análisis térmico diferencial (DTA), análisis termogravimétrico (TGA), difracción de rayos-X (XRD), espectroscopia infrarroja de transformadas de Fourier (FTIR), espectroscopia de dispersión de energía (EDS), microscopia electrónica de barrido (SEM), y microscopia electrónica de transmisión (TEM) y espectroscopia de absorción atómica (EAA). Para evaluar las propiedades biológicas de los materiales se realizaron pruebas de bioactividad, mediante el contacto con una solución de fluido fisiológico simulado (SBF), que presenta una carga iónica similar a la del plasma sanguíneo, a una temperatura de 37°C bajo condiciones estáticas. Los resultados mostraron la formación de una capa de apatita neoformada sobre la superficie de los materiales, después de estar en contacto por un periodo de 1, 2 y 3 semanas con el fluido fisiológico simulado (SBF). Destacando el compósito β wollastonita-hidroxiapatita carbonatada, obteniendo una mayor velocidad de disolución y consecuente precipitación durante el proceso de formación de la nueva capa de apatita sobre la superficie del material, mostrando una mayor bioactividad en comparación con los otros materiales evaluados. Todos los materiales sinterizados presentaron cierto grado de porosidad, indicando que los materiales no son totalmente densos. Este grado de porosidad es importante para asegurar la eficiente integración de estos materiales con el tejido óseo, dando lugar a propiedades bioactivas más eficientes. Se determinó el porcentaje de hemolisis de los materiales de acuerdo al protocolo (ASTM) E2524-08. Los materiales estuvieron en contacto directo con fluido sanguíneo de un adulto sano, no fumador colectado en tubos Vacutainer con heparina para prevenir coagulación. La determinación se realizó a través de varias concentraciones diferentes: 2, 4 y 6 mg/mL de cada material. Los resultados revelaron que la hidroxiapatita carbonatada Tipo-B es hemolítica, sobrepasando los límites máximos de la prueba (5% de hemolisis). Por otro lado, los materiales hidroxiapatita 350 y 750 obtuvieron los mejores resultados en el porcentaje de hemolisis, menos del 1%.