Estudio de la Citotoxicidad de Cerámicas Biomórficas de SiC Recubiertas con Vidrio Bioactivo

Abstract

La necesidad de desarrollar nuevos implantes basados en materiales bioactivos que sean capaces de soportar grandes cargas mecánicas ha llevado a la producción de sustratos metálicos recubiertos con cerámicas bioactivas. Recientemente se ha propuesto un dispositivo alternativo que consiste en un sustrato de carburo de silicio (SiC) biomórfico recubierto con vidrio bioactivo, mediante la técnica de Depósito por Láser Pulsado (PLD), y que dispone de la resistencia mecánica adecuada, además de gran ligereza y una porosidad intrínseca muy favorable de cara a la implantación. En este trabajo se presenta un estudio interdisciplinar de este nuevo material centrado en la morfología y porosidad de sustratos de SiC provenientes de diferentes maderas, la bioactividad de los recubrimientos producidos por PLD y en la evaluación in vitro con células de osteosarcoma MG-63 con la que se ha determinado la citotoxicidad de estos materiales y se ha estudiado la influencia de los mismos en la adhesión y la proliferación celular. Palabras clave: Carburo de silicio biomórfico, Depósito por Láser Pulsado, bioactividad, test de proliferación celular, vidrio biaoctivo. Cytotoxicity study of biomorphic SiC ceramics coated with bioactive glass. In the past years there was a need to develop new tough bioactive materials capable to resist high loads when implanted in the body, that led to the production of bioactive coatings on metallic substrates. A new approach, which consists of biomorphic silicon carbide (SiC) coated with bioactive glass by Pulsed Laser Deposition (PLD), was recently presented. This new material joins the high mechanical strength, lightness and porosity of biomorphic SiC and the bioactive properties of PLD glass films. In this work, a multiple evaluation of this new material is presented starting from the biomorphic SiC morphology and porosity, following with the bioactivity in simulated body fluid of the coatings, and ending with a deep in vitro study with MG-63 cells. The citotoxicity of the SiC coated and uncoated and the cell proliferation and attachment were studied. 1. INTRODUCCIÓN Desde hace varias décadas se vienen utilizando materiales cerámicos para reparar o reconstruir partes del cuerpo dañadas, enfermas o desgastadas (1). Estos materiales se conocen con el nombre de biocerámicas y se clasifican, en función de su respuesta biológica, en inertes, bioactivas o reabsorbibles (1,2). Las cerámicas bioactivas han despertado un gran interés ya que dan lugar a un enlace interfacial muy fuerte entre el implante y el tejido vivo originando una mejor fijación del mismo en comparación con los materiales inertes. Sin embargo, el principal problema de las cerámicas bioactivas reside en su debilidad mecánica, que limita su uso a aplicaciones con bajas necesidades de carga. Ello ha llevado al desarrollo de dispositivos formados por un sustrato de resistencia adecuada recubierto con una cerámica bioactiva que posibilita la interacción química con los tejidos y por ende mayor fijación. Los sustratos metálicos (Ti, Ti6Al4V, o Cr-Co) recubiertos mediante pulverización de hidroxilapatita por plasma son los usados comercialmente y los únicos que cuentan con la autorización de la Food and Drug Administration americana (3). Dentro de este tipo de solución se ha propuesto una nueva clase de implante que consiste en el uso de sustratos de carburo de silicio biomórfico recubiertos de vidrio bioactivo mediante Depósito por Láser Pulsado (PLD) (4). Este nuevo dispositivo toma del sustrato su ligereza debido a una baja densidad, resistencia mecánica y elevada porosidad intrínseca proveniente de la madera de origen y perfeccionada por la evolución natural (4-6); y del recubrimiento de vidrio, la capacidad de originar una capa de naturaleza apatítica similar al hueso cuando entra en contacto con los fluidos corporales que permite la unión química a los tejidos vivos (7). El proceso de fabricación del sustrato consiste en la pirólisis de una pieza de madera en atmósfera inerte, con lo que se obtiene una preforma de carbón, y posterior infiltración con silicio fundido, lo que origina la reacción del silicio y el carbono dando lugar al carburo de silicio final, en el que se conserva la microestructura, el volumen y la forma de la pieza de carbón previa (5). La facilidad de modelado de la madera inicial y principalmente de la preforma de carbón añaden una ventaja más, ya que permite obtener piezas con