Nuevo tratamiento de oxidación en aleaciones de NiTi para aplicaciones biomédicas. Caracterización superficial y respuesta biológica in vitro

Resumen

Desde que fueron descubiertas en el principio de los años sesenta, las aleaciones con memoria de forma de NiTi han suscitado un interés creciente. Hoy en día, estos materiales se emplean extensivamente en el campo biomédico. No obstante, su utilización exige tomar precauciones especiales, por los problemas de alergia y/o toxicidad que pueden ser provocados por la liberación de los iones Ni que contiene este material. Por este motivo, se han desarrollado una gran cantidad de tratamientos superficiales, con el fin de disminuir la concentración superficial de Ni y, consecuentemente, minimizar su liberación al medio exterior. Sin embargo, no existe todavía ningún tratamiento de superficie estándar que sea satisfactorio para a la vez reducir la cantidad superficial de Ni, mejorar la resistencia a la corrosión del material, y reducir su citotoxicidad y/o trombogenecidad. El objetivo de esta tesis doctoral es la obtención y la caracterización de un nuevo tratamiento de superficie de las aleaciones de NiTi para aplicaciones biomédicas. Se estudiaron también las correlaciones entre las características físico-químicas y topográficas de las superficies de NiTi estudiadas y la respuesta proteica y celular in vitro. Se optimizó un nuevo tratamiento de oxidación térmica (OT) que forma un óxido de titanio, TiO2 en la superficie de las aleaciones de NiTi, casi libre de Ni. Este tratamiento no altera de manera sensible las propiedades de memoria de forma de estos materiales. El tratamiento OT incrementa la rugosidad de las superficies de NiTi y homogeniza las diferencias topográficas que existen entre las distintas aleaciones sin tratamiento. Además, las superficies tratadas con OT tienen características energéticas y electrostáticas superficiales de mayor similitud con las del Ti puro, en comparación con las superficies sin tratamiento. Por otra parte, el óxido formado con OT permite (i) reducir de manera significativa la liberación de los iones Ni al medio, (ii) reducir la incorporación de iones Ni en las células osteoblásticas cultivadas en contacto con el material NiTi, y (iii) mejorar la resistencia a la corrosión del NiTi. Asimismo, las aleaciones de fase austenítica y tratadas con OT no son sensibles, en cuanto a su resistencia a la corrosión, a los daños superficiales que se pueden producir en el óxido. Sin embargo, en el caso de las aleaciones de fase martensítica tratadas con OT, la resistencia a la corrosión disminuye cuando se raya el óxido. En cuanto a la adsorción proteica, el tratamiento OT incrementa, tanto la adsorción de albúmina como de fibronectina, comparado con las superficies sin tratamiento. Se observa, además, que mientras que la albúmina se adsorbe de forma proporcional a la componente polar de la energía superficial del NiTi, la adsorción de fibronectina está gobernada por otras propiedades superficiales adicionales. Por último, los resultados de los cultivos celulares in vitro demuestran que las aleaciones de NiTi, sin tratamiento y tratadas con OT, no son citotóxicas. Los osteoblastos cultivados sobre las superficies OT presentan, además, un grado de diferenciación mayor, en las condiciones del estudio, comparado con las superficies sin tratamiento. En conclusión, se propone el nuevo tratamiento de oxidación obtenido como candidato para garantizar el buen comportamiento del NiTi en las aplicaciones biomédicas. La capa de óxido formada minimiza los riesgos de alergias y toxicidad provocados por los iones Ni. Además, las superficies tratadas con este nuevo tratamiento de oxidación pueden mejorar la respuesta biológica del material a largo plazo, puesto que tienen propiedades físico-químicas similares a las del Ti puro. -----------------------------------