Evaluación biológica de nuevos recubrimientos osteoinductores sintetizados vía sol-gel para aplicación en implantología dental

Abstract

[EN] ABSTRACT In this Doctoral Thesis, the author carried out the biological evaluation of new silicon-based hybrid (organic-inorganic) coatings, synthesized by sol-gel route, used as osseointegrator and osteoinductor coatings applied to titanium radicular prosthesis in the dental implantology field. The biological evaluation of the new coatings consisted of a complete study to determine the effect of the coatings in the osteoblastic cell line and the tissular effects after the in vivo implantation in rabbit tibia (foreign-body reaction response and osseointegration), by histological study. The biological characterization was complemented with a physicochemical characterization of the materials, determining their topography, wettability, surface reactivity, as well as their degradation rate and silicon delivery, to explain the biological behaviour that each material induced. The coatings that showed a better cell behaviour were selected as material candidates for the in vivo implantation phase. This part of the work consisted of two experimental phases: (1) Characterization Phase I, from which one formulation prototype was obtained, and (2) Characterization Phase II, where different chemical improvements of the prototype were evaluated and a final coating prototype was selected. The degradable coatings that were obtained released silicon compounds during their hydrolytic degradation, inducing the implant osseointegration by distance osteogenesis. The new coatings offer the possibility to functionalize the titanium surface and serve like delivery vehicle of biomolecules and drugs that could improve and accelerate the titanium osseointegration process.

[ES] RESUMEN En esta Tesis Doctoral se llevó a cabo la evaluación biológica de nuevos recubrimientos híbridos (orgánico-inorgánico), sintetizados vía sol-gel, basados en precursores de silicio, como recubrimientos osteointegradores y osteoinductores aplicados a prótesis radiculares de titanio en el ámbito de la implantología dental. La evaluación biológica de los nuevos recubrimientos constó de un estudio completo para determinar el efecto de los recubrimientos sobre cultivos celulares de linaje osteoblástico y el efecto de los tejidos tras la implantación in vivo en tibia de conejo (respuesta de reacción a cuerpo extraño y osteointegración), mediante estudio histológico. La caracterización biológica se complementó con una caracterización físico-química de los materiales, determinando su topografía, su mojabilidad, la reactividad de su superficie, así como su grado de degradación y la liberación de silicio, para explicar el comportamiento biológico que cada uno de los materiales indujo. Los recubrimientos que presentaron un mejor comportamiento celular fueron seleccionados como materiales candidatos para llevar a la fase de implantación in vivo. Este trabajo constó de dos fases experimentales; (1) la Fase de Caracterización I de la que se extrajo una formulación prototipo, sobre la cual se realizaron mejoras químicas evaluadas en la (2) Fase de Caracterización II, de la cual fue elegido el recubrimiento prototipo final. Se obtuvieron recubrimientos degradables en cuya degradación hidrolítica liberaron compuestos de silicio que indujeron la osteointegración de los implantes recubiertos mediante osteogénesis a distancia, sin interferir en el proceso de osteointegración del titanio. Los nuevos recubrimientos ofrecen la posibilidad de funcionalizar la superficie del titanio y servir de vehículo de liberación de biomoléculas y fármacos que puedan mejorar y acelerar el proceso de osteointegración del titanio.

[CA] RESUM En aquesta Tesi Doctoral es va dur a terme l'avaluació biològica de nous recobriments híbrids (orgànic-inorgànic), sintetitzats via sol-gel, basats en precursors de silici, com recobriments osteointegradors i osteoinductors aplicats a pròtesis radiculars de titani en l'àmbit de la implantologia dental. L'avaluació biològica dels nous recobriments va constar d'un estudi complet per determinar l'efecte dels recobriments sobre cultius cel¿lulars de llinatge osteoblástic i l'efecte dels teixits després de la implantació in vivo en tèbia de conill (resposta de reacció a cos estrany i osteointegració), mitjançant estudi histològic. La caracterització biològica es va complementar amb una caracterització fisicoquímica dels materials, determinant la seva topografia, la seva mullabilitat, la reactivitat de la seva superfície, així com el seu grau de degradació i l'alliberament de silici, per explicar el comportament biològic que cada un dels materials va induir. Els recobriments que van presentar un millor comportament cel¿lular van ser seleccionats com materials candidats per portar a la fase d'implantació in vivo. Aquest treball va constar de dues fases experimentals; (1) la Fase de Caracterització I de la qual es va extreure una formulació prototip, sobre la qual es van realitzar millores químiques avaluades en la (2) Fase de Caracterització II, de la qual va ser elegit el recobriment prototip final. Es van obtenir recobriments degradables, en la seva degradació hidrolítica van alliberar compostos de silici que van induir l'osteointegració dels implants recoberts mitjançant osteogènesi a distància. Els nous recobriments ofereixen la possibilitat de funcionalitzar la superfície del titani i servir de vehicle d'alliberament de biomolècules i fàrmacs per poder millorar i accelerar el procés d'osteointegració del titani.