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Una red de cerámica infiltrada con polímeros (PICN) es un material híbrido hecho de polímeros y cerámica. La impresión tridimensional (3D) de tales materiales es uno de los aspectos de más rápido desarrollo de las prótesis modernas, ya que combina las propiedades beneficiosas de la cerámica y los polímeros.
![Propiedades antibacterianas para superficies cerámicas infiltradas con polímero impreso en 3D](https://d1otjdv2bf0507.cloudfront.net/images/news/ImageForNews_39749_1664550246828505.jpg)
Estudio: Red de cerámica infiltrada con polímero impresa en 3D con nanopartículas de plata antibacterianas de base biológica. Crédito: Kateryna Kon/Shutterstock.com
Para mejorar las aplicaciones biomédicas de PICN, un artículo publicado en la revista ACS Applied Biomaterials tenía como objetivo funcionalizar PICN impreso en 3D con propiedades antimicrobianas al recubrir este material híbrido impreso en 3D con nanopartículas de plata clínicamente seguras y respetuosas con el medio ambiente.
En este estudio, la encapsulación de nanopartículas de plata en una matriz de lignina fenolada enzimáticamente dio como resultado la producción de nanopartículas de plata a base de lignina fenolada, que posteriormente se formularon en una solución de metacrilato de 3-(trimetoxisilil)-propilo (γ-MPS) y se depositaron sobre la superficie PICN.
Las sondas PICN funcionalizadas con nanopartículas de plata mostraron actividad frente a gramnegativos (Pseudomonas aeruginosa) y grampositivos (estafilococo aureus) bacterias con actividad antibacteriana en 24 horas.
En comparación con la superficie PICN desnuda, el andamio PICN funcionalizado con nanopartículas de plata mostró una inhibición del 90 % de estafilococo aureus Crecimiento. Además, el uso de PICN decorado con nanopartículas de plata contra líneas celulares de queratinocitos (HaCaT) y fibroblastos humanos (BJ-5ta) confirmó su bioseguridad con más del 80 % de biocompatibilidad.
Nanopartículas de plata para aplicaciones biomédicas
Los materiales impresos en 3D son productos de alta calidad fabricados con una técnica de impresión 3D rápida y sencilla. Además, los métodos CAD/CAM de impresión 3D ayudan principalmente a controlar la distribución y el tamaño de los poros en función de la aplicación de destino, que de otro modo no es compatible con los métodos de sinterización tradicionales.
Los materiales PICN tienen estructuras duales relacionadas con la cerámica, la estética duradera y los polímeros. La biocompatibilidad de este material híbrido promovió el crecimiento y proliferación de células osteoblásticas (MG-63) en sus superficies.
Si bien la composición natural de los dientes ha inspirado el desarrollo de materiales PICN, la incorporación de adhesivos de poliacrilato en materiales cerámicos macroporosos impresos en 3D debería prolongar la vida útil del implante a medida que el adhesivo de polímero cura la fragilidad del material cerámico.
Aunque PICN no promueve el crecimiento bacteriano, para aplicaciones biomédicas es deseable modificarlo con propiedades antibacterianas para evitar el desarrollo de biopelículas. La salud humana se ve constantemente amenazada por la presencia de bacterias multirresistentes, que son la principal causa de infecciones nosocomiales.
Las nanopartículas de plata pueden penetrar las paredes de las células bacterianas y alterar la estructura de las membranas celulares, lo que finalmente conduce a la muerte celular. La eficacia de las nanopartículas de plata se basa no solo en su tamaño a nanoescala, sino también en su gran relación de área superficial a volumen. Pueden aumentar la permeabilidad de las membranas celulares, producir especies reactivas de oxígeno (ROS) e interrumpir la replicación del ADN mediante la liberación de iones de plata.
Además, las nanopartículas de plata pueden matar bacterias. Las nanopartículas de plata pueden acumularse en los hoyos formados en la pared celular después de anclarse a la superficie de la célula bacteriana.
Las nanopartículas de plata acumuladas pueden causar la desnaturalización de la membrana celular. Debido a su tamaño a nanoescala, las nanopartículas de plata también pueden penetrar las paredes celulares bacterianas y, posteriormente, cambiar la estructura de la membrana celular.
PICN impreso en 3D con nanopartículas de plata antibacterianas de base biológica
Los implantes endoóseos, las prótesis, los dientes y las superficies sin aleteo de las coronas promueven el crecimiento de biopelículas gruesas. Estudios previos sobre superficies de zirconia modificada con copolímero de metacrilato han mencionado la adsorción de nanopartículas antimicrobianas basada en revestimiento por inmersión como una estrategia ineficaz. Esta ineficiencia se atribuyó a la alta tensión superficial del copolímero de metacrilato adherido a la superficie de zirconia.
El equipo detrás de este estudio sugirió que la deposición de nanopartículas de plata a base de fenol-lignina en andamios PICN impresos en 3D podría conferir actividad antimicrobiana a este último, lo que permitiría su fácil aplicación en prótesis.
Aquí, las muestras de PICN se activaron con nanopartículas de plata a base de fenol-lignina mediante grabado químico y mediante el uso de promotores que facilitaron la adhesión de la solución de silano (γ-MPS). Por lo tanto, la combinación de nanopartículas de plata a base de fenol-lignina con γ-MPS resolvió la dificultad de unir las primeras a la superficie de PICN.
Además, la superficie PICN decorada con nanopartículas de plata fue fotografiada con gram-negativo (Pseudomonas aeruginosa) y grampositivos (estafilococo aureus) las bacterias redujeron su crecimiento durante 24 horas, lo que indica la estabilización de las nanopartículas de plata en la arquitectura PICN impresa en 3D.
Por otro lado, la actividad bactericida de la superficie PICN modificada con nanopartículas de plata frente a las líneas celulares HaCaT o BJ-5ta mostró que estas nanopartículas impedían la adhesión bacteriana a las superficies PICN sin afectar negativamente a las líneas celulares humanas.
perspectivas de futuro
En este estudio, las superficies PICN se funcionalizaron con nanopartículas de plata para impartir capacidades antimicrobianas a estos materiales y facilitar su aplicación biomédica. Las superficies PICN preparadas y modificadas con nanopartículas de plata a base de lignina fenólica mostraron actividad antimicrobiana frente a bacterias grampositivas y gramnegativas y eran biocompatibles con las líneas celulares humanas.
Dado que los implantes biomédicos requieren una estabilidad más prolongada que la probada, los autores tienen como objetivo validar los resultados listos para el laboratorio del presente trabajo en futuros estudios antimicrobianos en andamios PICN modificados con nanopartículas de plata a base de fenol-lignina utilizando incubación bacteriana a largo plazo.
Relación
Hodasova, L. y otros. (2022) Red de cerámica infiltrada con polímero impresa en 3D con nanopartículas de plata antibacterianas de base biológica. Biomateriales Aplicados ACS. https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsabm.2c00509
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