Gli impianti in titanio (Ti) sono usati nel campo dei dispositivi medici grazie alla elevata biocompatibilità e bioatttività del titanio. Al momento, sono numerose le ricerche che hanno l’obiettivo di migliorare e modernizzare l’utilizzo di questo prezioso materiale. In particolare, le ricerche sembrerebbero concentrarsi in due campi: i) lo studio dell’attività
antibatterica correlata alla funzionalizzazione del titanio con particelle di nanosilver e ossido di grafene; ii) gli studi nanotossicologici relativi alla degradazione superficiale del Ti.
Attività antibatterica e funzionalizzazione del titanio
Le infezioni associate agli impianti protesici sono causate dall’adesione batterica e dalla successiva formazione di biofilm, una sostanza polimerica extracellulare prodotta dai batteri che funge da scudo in quanto è in grado di bloccare la penetrazione di antibiotici e cellule immunitarie.
Nuovi interessanti approcci stanno tentando di prevenire la formazione di tali biofilm grazie alla messa a punto di strategie di coating che utilizzano materiali con proprietà antibatteriche. In questo contesto, l’argento (Ag), risulta essere un valido elemento.
In particolare, grazie alla sua superficie estremamente ampia e alla sua maggiore reattività rispetto all’argento tout court, viene utilizzato il nanosilver. Inoltre, in una recente ricerca è stato utilizzato un polimero biocompatibile e biodegradabile approvato dalla FDA (Food and Drug Administration) e denominato nanosilver/poly (dl-lactic-co-glycolic acid)-coated titanium (NSPTi) al fine di stabilizzare le particelle di nanosilver. Gli impianti così ottenuti hanno mostrato non solo ottime proprietà antibatteriche, ma anche osteoinduttive.
Oltre alla combinazione con il Ti, le nanoparticelle di Ag possono anche essere legate all’ossido di grafene (GO). Il GO, infatti, può essere caricato elettrochimicamente sulla superficie del Ti-Ag per migliorarne le proprietà osteogeniche. In in un interessante lavoro, è stata studiata l’attività antibatterica del complesso Ti-GO-Ag il quale ha mostrato una chiara attività antimicrobica mediante diversi meccanismi, tra i quali: produzione di specie reattive dell’ossigeno, induzione dell’endocitosi, aggregazione e lisi cellulare.
Studi nanotossicologici con il titanio
È noto come i processi di usura del Ti sono in grado di generare reazioni infiammatorie perimplantari e carichi flogistici notevoli. Questi ultimi possono portare, in presenza di concomitanti fattori di rischio nel paziente, al fallimento dell’intervento implantare. Il titanio infatti, subisce l’azione combinata di corrosione e usura (tribocorrosione) che si traduce nel rilascio di ioni metallici e detriti (nanoparticelle – NP) che alterano l’omeostasi delle cellule locali.
Al fine di indagare questo aspetto legato all’utilizzo del Ti, recentemente alcuni Autori hanno sviluppato un modello sferoide osteoblasti-like, ovvero una coltura cellulare condotta in un sistema 3D con zone di eterogeneità e gradienti di nutrienti e ossigeno, capace di imitare l’ambiente implantare e peri-implantare. I risultati hanno sorprendentemente rivelato che il trattamento degli sferoidi osteoblasti-like con diversi gradienti di NP di TiO2 (Nano-Titanium Dioxide) per 72 ore non modificavano significativamente la loro vitalità. Invece, concentrazioni molto elevate di NP di TiO2 influenzavano il ciclo cellulare degli osteoblasti senza, tuttavia, interferire con la loro capacità di differenziarsi e mineralizzare. Inoltre, a maggiori concentrazioni di NP di TiO2 aumentava la deposizione di collagene, citochine pro-infiammatorie, chemochine e la secrezione del fattore di crescita, elementi coinvolti nell’osteolisi e nell’omeostasi ossea.
Nel complesso i risultati di questi filoni di ricerca non fanno altro che sottolineare le potenziali applicazioni cliniche e terapeutiche e la versatilità del titanio, ove accoppiato ad altri elementi reattivi ed il potenziale terapeutico delle NP di TiO2 nella prevenzione del riassorbimento osseo nella terapia implantare.
Fonti
- The two faces of titanium dioxide nanoparticles bio-camouflage in 3D bone spheroids. W. Souza et al. Sci Rep. 2019; 9: 9309.
- Nanosilver/poly (dl-lactic-co-glycolic acid) on titanium implant surfaces for the enhancement of antibacterial properties and osteoinductivity. Zeng X et al. Int J Nanomedicine. 2019 Mar 11;14:1849-1863.
- Functionalized titanium implant in regulating bacteria and cell response. Jin J et al. Int J Nanomedicine. 2019;14:1433-1450. eCollection 2019.