Study of biofunctionalized titanium implants on an osteoporotic animal model

Abstract

[eng] INTRODUCTION:

Titanium-based medical devices for bone implantation are currently considered the standard treatment when favorable health, repair and healing conditions are observed. Dental implants, joint prostheses, fracture fixation systems and spinal fixation systems are considered part of this group of devices. Therefore, its use is essential to ensure the well-being of the population. However, the increase in life expectancy in Europe and the United States, verified annually, leads to an increase in diseases associated with the aging of the population. In this context, the correct integration of implants with bone tissue can be compromised, mainly due to the existence of certain pathologies such as cancer, osteoporosis, or diabetes, among others, which affect the natural ability of bone to regenerate, limiting the process of osseointegration of implants, necessary for the effectiveness of bone implant medical devices. In particular, osteoporosis presents as a disease that reduces bone mineral density, weakening bones, and is therefore associated with the risk of bone fractures, such as fractures of the pelvis, hip, ankle and around existing implants. These fractures also require maximum stability for repair. It is important, as mentioned above, that the fracture repair technique allows an effective recovery, which is often extremely difficult, either because of the characteristic morphology of the osteoporotic bone, which has a thin cortical layer and a medullary part with greater porosity, or because the bone has a slower regeneration time and therefore is more susceptible to fracture. For this reason, it is important to develop implants with active surfaces that allow specific stimulation of cell adhesion and differentiation to

promote faster and better quality bone repair in scenarios where these processes are compromised. HYPOTHESIS:

• New biofunctionalized implant coatings stimulate a favorable response in the osseointegration process, compared to non-biofunctionalized ones. OBJECTIVES:

• To develop and perfect a surgical technique to place an implant in the rat's tibia, capable of being easily reproducible and with maximum effectiveness. • To test new functionalized titanium implant surfaces with molecules with osteoinductive properties in rats with osteoporosis, where the osseointegration capacity is affected.

[spa] INTRODUCCIÓN:

Los dispositivos médicos basados en titanio para la implantación ósea son considerados actualmente el tratamiento estándar cuando se observan condiciones de salud favorables, de reparación y cicatrización. Se consideran parte de este grupo de dispositivos los implantes dentales, las prótesis articulares, los sistemas de fijación de fracturas y los de fijación espinal. Por lo tanto, su uso es esencial para asegurar el bienestar de la población. Sin embargo, el aumento en la esperanza de vida en Europa y Estados Unidos, verificada anualmente, comporta un aumento de enfermedades asociadas al envejecimiento de la población. En este contexto, la correcta integración de los implantes con el tejido óseo puede estar comprometida, principalmente por la existencia de ciertas patologías como el cáncer, la osteoporosis, o la diabetes, entre otras, que afectan la capacidad natural del hueso de regenerar, limitando el proceso de osteointegración de los implantes, necesario para a eficacia de dispositivos médicos de implantación ósea. En particular, la osteoporosis se presenta como una enfermedad que reduce la densidad ósea mineral, fragilizando los huesos, y por lo tanto está asociada al riesgo de fracturas óseas, como son los casos de fractura de pelvis, cadera, tobillo y alrededor de implantes existentes. Estas fracturas además requieren la máxima estabilidad para su reparación. Es importante, como se mencionó anteriormente, que la técnica de reparación de fracturas permita una recuperación efectiva, que muchas veces resulta sumamente difícil, ya sea por la morfología característica del hueso osteoporótico, que presenta una delgada capa cortical y una parte medular con mayor porosidad, o por el hecho que el hueso tiene un tiempo de regeneración más lento y por tanto más susceptible a la fractura. Por este motivo, es importante desarrollar implantes con superficies activas que permitan una estimulación específica de la adhesión y diferenciación celular para

promover una reparación ósea más rápida y de mejor calidad en escenarios en los que estos procesos están comprometidos. HIPÓTESIS:

• Nuevos revestimientos de implantes biofuncionalizados estimulan una respuesta favorable en el proceso de osteointegración, comparados con los no biofuncionalizados. OBJETIVOS:

• Desarrollar y perfeccionar una técnica quirúrgica para colocar un implante en la tibia de la rata, capaz de ser reproducible fácilmente y con máxima efectividad. • Testar nuevas superficies de implantes de titanio funcionalizadas con moléculas con propiedades osteoinductivas en ratas con osteoporosis, donde la capacidad de osteointegración se encuentra afectada.