Monocapas autoensambladas a base de fitato de estroncio/zinc sobre superficies de titanio mejoran la osteogénesis y el rendimiento antibacteriano in vitro

La acumulación de bacterias sobre las superficies de los implantes sigue siendo la primera causa de fracaso, y el desarrollo de superficies antimicrobianas constituye una primera línea en la investigación. Además, la durabilidad y el rendimiento mecánico de los implantes, en especial en el área dental, vienen determinados principalmente por su capacidad de osteointegración en el hueso maxilofacial y la aparición de infecciones. En consecuencia, la osteointegración de los implantes y la profilaxis de infecciones siguen siendo grandes retos a alcanzar por lo que se está desarrollando una gran investigación en la producción de superficies bioactivas para conseguir mejoras en estos aspectos. En este trabajo proponemos la funcionalización de superficies de titanio (Ti Cp) con monocapas autoensambladas (SAMs) de compuestos organofosforados bioactivos: ácido fítico (Ti-PA) y sus derivados metálicos de fitato con Sr2+ y/o Zn2+ (Ti-SrPhy, Ti-ZnPhy y Ti-SrPhy/ZnPhy) que mostraron propiedades osteogénicas, antimicrobianas y antioxidantes in vitro en un trabajo previo. Así, los compuestos de fitato se anclan químicamente sobre discos de Ti mediante un sencillo procedimiento consistente en una reacción de condensación promovida por tratamiento térmico. Las espectroscopias EDS y XPS confirman la obtención de las superficies modificadas y se exploran las propiedades topográficas y la mojabilidad analizadas por SEM, AFM, perfilometría y medidas del ángulo de contacto, respectivamente. Además, las SAMs de fitato no liberan ningún compuesto citotóxico tras 14 días y estimulan la adhesión y proliferación in vitro de células de osteoblastos humanos tras 14 días de cultivo. La capacidad osteogénica de las superficies modificadas, evaluada mediante la cuantificación de la actividad ALP y el grado de mineralización de la matriz, muestra una mejora significativa con respecto a las superficies no modificadas. Además, se evalúa la actividad antimicrobiana de las superficies modificadas con fitato frente a cultivos de Streptococcus mutans. El recuento de células viables y la cuantificación del biofilm producido se reducen significativamente en todos los grupos de phytate-SAMs (p < 0,001). Los estudios de integridad de la membrana celular mediante tinción LIVE/DEAD e imágenes SEM confirman una menor viabilidad de las bacterias adheridas cuando se ensayan superficies a base de fitato, debido a una alteración de la función y permeabilidad de la membrana celular. Por lo tanto, las SAM a base de fitato presentan características in vitro adecuadas que sugieren su prometedor potencial como recubrimientos bioactivos de implantes dentales.

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Asensio, G. et al. Strontium/zinc phytate-based self-assembled monolayers on titanium surfaces enhance osteogenesis and antibacterial performance in vitro. Applied Surface Science 620, 156818 (2023).

Estudio de complejos de fitato de Sr/Zn: propiedades estructurales y efectos sinérgicos antimicrobianos contra Streptococcus mutans

El ácido fítico es un abundante componente natural de las plantas que presenta una versatilidad de aplicaciones beneficiadas por su estructura química, destacando su uso como aditivo alimentario, de embalaje y dental por sus propiedades antimicrobianas. La capacidad del ácido fítico para quelar iones también está bien establecida y se ha descrito la formación y propiedades termodinámicas de diferentes complejos metálicos. Sin embargo, todavía se requieren estudios de de estos compuestos en términos de química y características biológicas para ampliar el ámbito de aplicación de los complejos de ácido fítico. El objetivo principal de este trabajo es profundizar en el conocimiento de la química de los complejos metálicos bioactivos y su actividad bactericida, para ampliar su aplicación en la ciencia de los biomateriales, concretamente en la implantología oral. Así, en este trabajo se presenta la síntesis y evaluación estructural de dos complejos metálicos de fitato portadores de los cationes bioactivos Zn2+ y Sr2+ (ZnPhy y SrPhy respectivamente), junto con estudios sobre las propiedades biológicas sinérgicas entre el ácido fítico y los cationes. Los fitatos metálicos se sintetizaron en estado sólido mediante una reacción hidrotermal que dio lugar a compuestos sólidos puros de alto rendimiento. Sus fórmulas moleculares fueron C6H12024P6Sr4-5H2O y C6H12024P6Zn6-6H2O, determinadas por ICP y HRES-TGA. El enlace de coordinación metálico de los complejos sólidos se analizó además por EDS, Raman, ATR-FTIR y espectroscopias 13C y 31P-NMR de sólidos. Asimismo, se evaluó la capacidad in vitro de los compuestos de fitato para inhibir la producción de biofilm de cultivos de Streptococcus mutans. Los resultados indican que todos los compuestos redujeron significativamente la formación de biofilm (ácido fítico < SrPhy < ZnPhy), y ZnPhy incluso mostró diferencias notables con respecto a ácido fítico y SrPhy. El análisis de las propiedades antimicrobianas muestra las primeras pistas de los posibles efectos sinérgicos creados entre el ácido fítico y el catión correspondiente en diferentes procesos metabólicos celulares. En general, los resultados de este trabajo pueden contribuir a ampliar las aplicaciones de estos complejos metálicos bioactivos en los campos biotecnológico y biomédico, y pueden ser considerados para la fabricación de sistemas de recubrimiento antiplaca en el campo de la odontología.

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Asensio, G. et al. A study on Sr/Zn phytate complexes: structural properties and antimicrobial synergistic effects against Streptococcus mutans. Sci Rep 12, 20177 (2022). Download
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Derivados de la vitamina B9 como vehículos de cationes divalentes para aplicaciones en regeneración musculoesquelética: síntesis, caracterización y evaluación biológica.

El desarrollo de nuevos fármacos para regeneración musculoesquelética ha atraído mucho la atención de los científicos en las últimas décadas. En este trabajo, presentamos 3 nuevos derivados de la vitamina B9 (ácido fólico) que portan en su estructura cationes divalentes (ZnFO, MgFO and MnFO), aportando su mecanismo de síntesis y su caracterización fisicoquímica. Además, hemos puesto un fuerte énfasis en la evaluación de sus propiedades biológicas (junto con nuestro anteriormente descrito SrFO) en cultivos de células mesenquimales humanas (hMSCs). En todos los casos se obtuvieron derivados puros (MFOs) y altos rendimientos, y todos presentaron un modo de coordinación bidentado entre el metal y el anión folato, con una estequiometría 1:1. Además, se demostró que una dosis no citotóxica de todos los MFOs (50 mg/mL) era capaz de modular por sí solo los perfiles de mRNA hacia fenotipos osteogénicos o fibrocartilaginosos en condiciones basales. Por otro lado, el ZnFO incrementó la actividad de la fosfatasa alcalina en cultivos de hMSCs en condiciones basales, mientras que tanto el ZnFO como el MnFO aumentaron el grado de mineralización de la matriz en condiciones osteoinductivas. En conjunto, hemos demostrado la bioactividad de estos nuevos compuestos y su idoneidad para ser utilizados en el futuro en estudios in vivo en aplicaciones de regeneración musculoesquelética.

Estado del arte en terapias regenerativas basadas en estroncio y zinc. Últimos desarrollos y aplicaciones clínicas

Esta revisión bibliográfica actualiza los últimos avances en el uso del estroncio y el zinc como elementos bioactivos en terapias regeneradoras del tejido musculoesqueletal

 

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