Nanopartículas de apatita mejoran la biocompatibilidad de los implantes médicos

Las apatitas son un grupo de compuestos inorgánicos basados en calcio y fósforo, entre los cuales la hidroxiapatita es una forma natural presente en los huesos. Estos compuestos son conocidos por su alto grado de biocompatibilidad. Investigaciones recientes han explorado el potencial de recubrir articulaciones artificiales e implantes con nanopartículas de apatita para mejorar la biocompatibilidad de estos dispositivos médicos. Sin embargo, las nanopartículas sintetizadas artificialmente a menudo muestran una afinidad de unión reducida con los tejidos biológicos en entornos de laboratorio. Esta discrepancia podría atribuirse a las características de la superficie a nanoescala de las nanopartículas de apatita.

En un esfuerzo por mejorar el rendimiento de los recubrimientos de apatita y promover materiales biocompatibles para dispositivos médicos, los científicos de la Universidad Tecnológica de Nagaoka (Niigata, Japón) desarrollaron un marco interdisciplinario destinado a controlar las complejas interacciones entre la apatita y los sistemas biológicos. El equipo de investigación sintetizó nanopartículas de hidroxiapatita mezclando soluciones acuosas que contenían iones de calcio y fosfato. Controlaron el pH de la solución utilizando tres bases diferentes: hidróxido de tetrametilamonio (TMAOH), hidróxido de sodio (NaOH) e hidróxido de potasio (KOH). Después de que las nanopartículas se precipitaron, se evaluaron sus propiedades de capa superficial y posteriormente se utilizaron para recubrimiento mediante deposición electroforética.

El estudio, publicado en ACS Applied Materials & Interfaces, reveló que el pH jugó un papel crucial en el proceso de síntesis, influyendo en las fases cristalinas, las propiedades de la superficie y la deposición electroforética. El análisis de las fases cristalinas mostró que el pH afectó la formación de varias fases de fosfato de calcio, como la hidroxiapatita deficiente en calcio (CDHA) y la hidroxiapatita que contiene carbonato (CHA). Los niveles de pH más altos favorecieron la formación de CHA, lo que resultó en una mejor cristalinidad y una mayor relación molar de calcio a fósforo (Ca/P).

La superficie de las nanopartículas de apatita consta de tres capas distintas. La capa más interna, o núcleo, está formada por apatita cristalina. Por encima de esta capa se encuentra la capa no apatita, que es rica en iones como iones de fosfato y carbonato. Esta capa reacciona con las moléculas de agua para formar una capa de hidratación. Los investigadores descubrieron que los ajustes de pH promovían la formación de esta capa no apatita, mejorando sus propiedades de hidratación, lo cual fue confirmado en sus experimentos. En particular, el estudio reveló que, si bien los niveles de pH más altos fomentaban la formación de la capa no apatita, la presencia de iones Na+ reducía la concentración de iones de fosfato, lo que a su vez disminuía la reactividad de la capa.

Además, la introducción de iones sustanciales por NaOH afectó la uniformidad de la deposición electroforética, como se observó a través de estudios de microscopio de sonda de barrido. Este efecto no se observó cuando se utilizó KOH, lo que indica que el KOH era más adecuado para formar la capa no apatita y garantizar un recubrimiento uniforme. En el futuro, el equipo tiene como objetivo expandir el potencial de los nanobiomateriales, allanando el camino para innovaciones revolucionarias en materiales y dispositivos médicos que podrían mejorar en gran medida la atención médica y los resultados de los pacientes. Estos hallazgos son prometedores para el recubrimiento de superficies de varios biodispositivos implantados en el cuerpo humano, incluidas las articulaciones artificiales y otros implantes.