Análisis del comportamiento biológico de la aleación Ti-35Nb-7Zr-5Ta obtenida por colada

Abstract

[ES] El titanio y sus aleaciones se utilizan en odontología para la fabricación de implantes, prótesis y componentes de prótesis debido a su combinación favorable de mecánica, física y propiedades químicas. En los últimos años, las investigaciones en este sector tan competitivo se han centrado en el desarrollo de nuevas aleaciones debido a la gran prevalencia de periimplantitis en los pacientes que emplean implantes dentales. Se han empezado a estudiar aleaciones de titanio que introducen niobio (Nb), zirconio (Zr) y/o tantalio (Ta). Esta aleación cuaternaria Ti-Nb-Zr-Ta se considera una de las más prometedoras por múltiples razones. La bibliografía se centra sobre todo en su análisis microestructural pero no se encuentran apenas ensayos in vitro. Mediante este trabajo se lleva a cabo una caracterización completa del material. Presenta una microestructura hexagonal compacta que permite la reducción de su módulo elástico y el acercamiento de este al del hueso, a diferencia de lo que ocurre con la aleación tan empleada Ti-6Al-4V, con un valor de módulo elástico que dista mucho del del hueso. Se analiza la caracterización microestructural y mecánica de la aleación Ti-35Nb-7Zr-5Ta (TNZT) para conocer en profundidad sus propiedades. Por su parte, los elementos de esta aleación son biocompatibles y parecen no presentar ningún efecto tóxico. Se realizan ensayos de liberación de iones de la aleación TNZT empleando saliva artificial como electrolito y se comparan, nuevamente, con datos de la aleación de titanio puro (Ti CP) y Ti-6Al-4V. Además, estas salivas que contienen los iones liberados son empleados como medio en contacto con dos líneas celulares: las células madre de pulpa dental humana (hDPSC) y la línea celular MG-63 de osteosarcoma humano. De este modo, se analiza la posible citotoxicidad de estas y se mide el grado de viabilidad celular que presentan. Otro factor que se pretende mejorar con el uso de la aleación TNZT es la relación entre la interfase hueso-implante para promover una futura osteointegración. Así pues, se realizan ensayos de diferenciación osteogénica de las células hDPSC y de las MG-63 como control y de adhesión celular de las mismas sobre discos metálicos de TNZT. De este modo, se hace una caracterización completa de esta aleación cuaternaria, no solo en cuanto a sus propiedades mecánicas sino también en cuanto a su análisis biológico. Finalmente, se concluye que la aleación TNZT presenta grandes resultados en todos los ensayos en los que se han utilizado en contacto con las células. Así pues, mediante este trabajo, se anima a seguir investigando acerca de la aleación TNZT, muy prometedora en el campo biomédico.

[CA] El titani i els seus aliatges s'utilitzen en odontologia per a la fabricació d'implants, pròtesis i components de pròtesis degut a la seua combinació favorable de mecànica, física i propietats químiques. En els últims anys, les investigacions en aquest sector tan competitiu s'han centrat en el desenvolupament de nous aliatges degut a la gran prevalença de periimplantitis en els pacients que empren implantes dentals. S'han començat a estudiar aliatges de titani que introduïxen niobi (Nb) , zirconi (Zr) i/o tàntal (Ta). Aquest aliatge quaternari Ti-Nb-Zr-Ta es considera un dels més prometedors per nombroses raons. La bibliografia se centra sobretot en el seu anàlisi microestructural però no es troben quasi assajos in vitro. Per mitjà d'este treball es du a terme una caracterització completa del material. Presenta una microestructura hexagonal compacta que permet la reducció del seu mòdul elàstic i l'acostament d'aquest al de l'os, a diferència del que ocorre amb l'aliatge tan emprat Ti-6Al-4V, amb un valor de mòdul elàstic que dista molt del de l'os. S'analitza la caracterització microestructural i mecànica de l'aliatge Ti35Nb-7Zr-5Ta (TNZT) per a conéixer en profunditat les seues propietats. Per altra banda, els elements d'este aliatge són biocompatibles i sembla no presentar cap efecte tòxic. Es realitzen assajos d'alliberament d'ions de l'aliatge TNZT emprant saliva artificial com a electròlit i es comparen, novament, amb dades de l'aliatge de titani pur (Ti CP) i Ti-6Al-4V. A més, estes salives que contenen els ions alliberats són empleades com a mitjà en contacte amb dos línies cel·lulars: les cèl·lules mare de polpa dental humana (hDPSC) i la línia cel·lular MG-63 d'osteosarcoma humà. D'aquesta manera, s'analitza la possible citotoxicitat d'aquestes i es mesura el grau de viabilitat cel·lular que presenten. Un altre factor que es es pretén millorar amb l'ús de l'aliatge TNZT és la relació entre la interfase os-implant per a promoure una futura osteointegració. Així, doncs, es realitzen assajos de diferenciació osteogènica de les cèl·lules hDPSC i de les MG-63 com a control i d'adhesió cel·lular de les mateixes sobre discs metàl·lics de TNZT. D'aquesta manera, es fa una caracterització completa d'este aliatge quaternari, no sols quant a les seues propietats mecàniques sinó també quant al seu anàlisi biològic. Finalment, es conclou que l'aliatge TNZT presenta grans resultats en tots els assajos en què s'han utilitzat en contacte amb les cèl·lules. Així, doncs, per mitjà d'este treball, s'anima a continuar investigant sobre l'aliatge TNZT, molt prometedor en el camp biomèdic.

[EN] Titanium and its alloys are used in dentistry for the manufacture of implants, prosthetics, and prosthetic components due to their favorable combination of mechanical, physical, and chemical properties. In recent years, research in this highly competitive sector has focused on the development of new alloys due to the high prevalence of peri-implantitis in patients using dental implants. Titanium alloys that introduce niobium (Nb), zirconium (Zr) and / or tantalum (Ta) have begun to be studied. This Ti-Nb-Zr-Ta quaternary alloy is considered one of the most promising for multiple reasons. The bibliography focuses mainly on its microstructural analysis, but there are hardly any in vitro tests. Through this project a complete characterization of the material is carried out. It presents a compact hexagonal microstructure that allows the reduction of its elastic modulus and its approach to that of bone, unlike what happens with the widely used Ti-6Al-4V alloy, with an elastic modulus value that is far from the one of the bone. The microstructural and mechanical characterization of the Ti-35Nb-7Zr-5Ta (TNZT) alloy is analyzed to understand its properties in depth. On the other hand, the elements of this alloy are biocompatible and do not seem to present any toxic effect. Ion release tests of the TNZT alloy are performed using artificial saliva as electrolyte and are compared, again, with data from the pure titanium alloy (Ti CP) and Ti-6Al-4V. Furthermore, this saliva containing the released ions are used as a medium in contact with two cell lines: human dental pulp stem cells (hDPSC) and the human osteosarcoma cell line MG-63. In this way, the possible cytotoxicity of these is analyzed and the degree of cell viability they present is measured. Another factor that is intended to improve with the use of the TNZT alloy is the relationship between the bone-implant interface to promote future osseointegration. Thus, osteogenic differentiation assays of hDPSC and MG-63 cells used as a control and cell adhesion of them on metallic TNZT discs are performed. In this way, a complete characterization of this quaternary alloy is made, not only in terms of its mechanical properties but also in terms of its biological analysis. Finally, it is concluded that the TNZT alloy presents great results in all the tests in which it has been used in contact with cells. Thus, through this work, further research is encouraged on the TNZT alloy, which is very promising in the biomedical field.