Functionalized mesoporous titania film coatings for bone implants with antibacterial and enhanced osseointegrative properties.

184 p.Cada vez hay más cepas bacterianas resistentes a antibióticos y su presencia en entornos médicos supone un riesgo cuando los pacientes son sometidos a una intervención quirúrgica. Cuando una persona es sometida a una cirugía para la sustitución de un hueso por un implante hay riesgo de desarrollar una infección nosocomial y no conseguir una buena osteointegración del implante. En estos casos, es necesario realizar una segunda cirugía para evitar la proliferación de la infección en la zona donde se sitúa el implante, siendo necesaria su sustitución.En la actualidad, para evitar infecciones se suministran antibióticos oralmente; su mayor desventaja es que la concentración que llega a la zona deseada, en este caso el implante, es baja, y en muchos casos no es lo suficientemente alta para evitar la proliferación bacteriana. En este marco surge la necesidad de desarrollar recubrimientos antibacterianos efectivos. Hay dos rutas principales para conseguir una buena osteointegración del implante; (I) evitar la proliferación bacteriana empleando superficies antibacterianas, esta sería la forma más directa, y (II) se puede evitar de una manera indirecta la infección mejorando la adhesión de pre-osteoblastos al implante, lo que hará que se forme la cápsula protectora más rápidamente evitando así la proliferación bacteriana y consiguiendo una rápida proliferación y diferenciación celular.Esta tesis presenta diferentes métodos de funcionalización de películas de titania mesoporosa mediante el uso de antibióticos y factores de crecimiento. Es posible incorporar antibióticos directamente, por inmersión, o también se pueden formar complejos con el antibiótico y ensamblar una película basada en multicapas de polielectrolitos (PEM, por sus siglas en inglés). Los iones bioactivos pueden estimular procesos celulares como la proliferación y diferenciación en pre-osteoblastos. Estos iones se pueden incorporar a la matriz de titania o complejarse en las paredes de la película mesoporosa que se ha funcionalizado previamente con grupos carboxilo. En el Capítulo 1, se utilizan películas mesosporosas de titania para encapsular y liberar controladamente gentamicina. La superficie mesoporosa se funcionaliza con la proteína morfogenética ósea recombinante humana 2 (rhBMP-2, por sus siglas en inglés). La gentamicina es un antibiótico de amplio espectro que se emplea en infecciones seriasque han podido ser causadas tanto por bacterias gram negativas como positivas; como P. aureginosa, E. coli o citrobacter, Estreptococos o Estafilococos. La gentamicina es un aminoglucósido y por tanto su mecanismo de acción consiste en unirse al ARN ribosomal de la subunidad 30S de los ribosomas bacterianos, interfiriendo así en la síntesis proteica. La rhBMP-2 es una proteína ósea, y se ha demostrado que promueve la formación ósea y se emplea para reconstruir defectos óseos patológicos. Las películas se sintetizan mediante recubrimiento por centrifugación sobre cubreobjetos de vidrio a través del método de autoensamblaje inducido por evaporación (EISA, por sus siglas en inglés). La película obtenida tiene un espesor de 80 nm con poros de 5.7 nm de diámetro conectados por cuellos de 4.2 nm de diámetro. Muestran una porosidad del 30.7 %, obtenida por Porosimetría Elipsométrica Ambiental (EEP, por sus siglas en inglés). El módulo de elasticidad de las películas se midió por nanoindentación, resultando tener un valor de 25,5 ± 5 GPa, lo que hace que la superficie sea óptima para su uso en implantes óseos. A pesar de que las superficies de titania densa muestran un módulo de elasticidad en el rango de 100 a 120 GPa, mayor que el de películas mesoporosas de titania, el módulo elástico del hueso varía entre 4 y 30 GPa, donde se encuentra el valor de las películas mesoporosas.La gentamicina se incorpora en los poros por inmersión, mientras que la rhBMP-2 se adsorbe electrostáticamente sobre la superficie de la película. Mediante medidas de ángulo de contacto y Espectroscopía Fotoelectrónica de Rayos-X (XPS, por sus siglas en inglés) se prueba la presencia de gentamicina y rhBMP-2. Se observa que la liberación de la gentamicina del interior de los poros de la película ocurre en dos fases; al inicio un 36 % de la gentamicina encapsulada se libera rápidamente, seguida por una segunda fase que ocurre más prolongadamente y que dura semanas. Este perfil de liberación resulta óptimo en implantes óseos donde es necesaria una alta concentración de antibiótico durante la cirugía y en las horas posteriores, viéndose necesaria su disminución cuando el tejido óseo se está formando. Las películas en base a titania funcionalizadas con gentamicina y rhBMP-2 han resultado ser eficaces contra la colonización por S. aureus. Cuando se sembraron 1,000 unidades formadoras de colonias (UFC), éstas no proliferaron, demostrando la eficacia de la gentamicina que se libera del interior poroso de la película. La presencia de rhBMP-2 mejora la adhesión celular, evaluada con la líneacelular pre-osteoblástica MC3T3-E1, lo que contrarresta el efecto que la gentamicina tiene en la proliferación y diferenciación celular. Después de 10 días de cultivo en medio osteogénico la diferenciación celular es el doble si se compara con películas mesporosas no funcionalizadas. En el Capítulo 2, se fabrican multicapas en base a poli-L-lisina (PLL) y complejos de ácido poli(acrílico) (PAA) y gentamicina mediante la técnica de ensamblado capa por capa (LbL, por sus siglas en inglés). La técnica LbL consiste en la adsorción sucesiva de polielectrolitos con carga opuesta mediante interacciones electrostáticas. La multicapa se fabrica sobre películas mesoporosas de titania. Los complejos se preparan mezclando PAA y gentamicina en 500 mM NaCl a pH 4.5 con el objetivo de obtener complejos de tamaño estable. Se necesitan aproximadamente 2 h para fabricar la multicapa, y los complejos se estabilizan durante 2 h, después de mezclar el PAA con la gentamicina. Una vez han transcurrido estas 2 h se comienza a fabricar la multicapa. El tamaño de los complejos se mantiene estable durante la formación de la multicapa con un tamaño alrededor de 300 nm de diámetro. El ensamblado del PLL y los complejos sigue un crecimiento exponencial, observado cuando el ensamblado es monitoreado en la Microbalanza de Cristal de Cuarzo con monitoreo de la disipación (QCM-D, por sus siglas en ingles), permitiendo una alta carga de gentamicina en una PEM de únicamente 4 capas. Las imágenes de Microscopía Electrónica de Barrido (SEM, por sus siglas en ingles) y Microscopía de Fuerza Atómica (AFM, por sus siglas en inglés) demuestran que la superficie del ensamblado es irregular, lo que unido al crecimiento exponencial observado por QCM-D, da lugar a asociar este tipo de crecimiento a un crecimiento por ¿islas¿ descrito previamente en otros trabajos. Hasta pH 13 la PEM es estable, sin embargo, a pH fisiológico la gentamicina se libera. El 48 % de la gentamicina total es liberada en las 6 primeras horas, dando lugar después a una liberación paulatina del 80 % que dura más de un mes.Para estudiar la actividad de la gentamicina liberada de la multicapa se siembran 1,000 UFC de S. aureus sobre las multicapas y sobre los sustratos control, que consisten en cubreobjetos de vidrio sumergidos en gentamicina. Se incuban las bacterias durante 24 h y posteriormente se despegan las que se han adherido y se siembran sobre placas de agar, para proceder al conteo visual de las UFC después de dejarlas crecer una noche(aproximadamente 18 h). Las multicapas sintetizadas son eficaces para prevenir la proliferación de la S. aureus, en comparación con el control, la cantidad de bacterias que crecen sobre la multicapa son 3 órdenes de magnitud inferior. En el Capítulo 3, se preparan películas mesoporosas de titanato de estroncio (SrTiMFs) con un 30 % de volumen poroso y un contenido molar de estroncio (Sr) del 20 %. Las películas presentan un diámetro de poro de 5,5 nm conectados por cuellos de 3,2 nm y tienen un espesor de 85 nm. Los SrTiMFs muestran una gran área superficial interna disponible para el intercambio de Sr. Los espectros obtenidos en diferentes zonas de la película por Microscopía Electrónica de Barrido por Transmisión (STEM, por sus siglas en inglés) han demostrado que el Sr se encuentra distribuido homogéneamente en la estructura de titania y no se observan agregados o islas de Sr. La liberación del estroncio se monitorea mediante mediciones de Espectrometría de Masas de Plasma Acoplado Inductivamente (ICP-MS, por sus siglas en inglés). Los resultados indican que en las 8 primeras horas el 44 % del Sr que contenía la película es liberado al medio celular. Después de las 8 horas, se observa que más Sr se libera, pero en cantidades inferiores, y debido a que no se ha liberado el 100 % se espera que haya una liberación más lenta y paulatina. Los SrTiMFs mejoran la adhesión de pre-osteoblastos mostrando una mayor filopodia, se observa que las células están más alargadas, si se compara con células cultivadas sobre sustratos de titania que no contienen estroncio. Las tasas de proliferación y diferenciación celular también mejoran gracias a la presencia de estroncio. En general, la incorporación de Sr en los recubrimientos de titania mesoporosa puede dar lugar a una más pronta osteointegración en las etapas tempranas de formación de tejido óseo. En el segundo día, la proliferación celular es en un 64% mayor, comparada con la proliferación celular sobre sustratos sin estroncio, y la actividad de la alcalina fosfatasa también es mayor después del quinto día de cultivo en medio osteogénico. En el Capítulo 4, se sintetizan películas híbridas de sílice inorgánica-orgánica mesoporosa y de titania con grupos funcionales de ácido carboxílico covalentemente unido a las paredes de los poros. Las películas de sílice se fabrican en un solo paso utilizando alcoxisilanos derivados de ácidos carboxílicos obtenidos mediante la reacción clic de adición radicalaria tiol-eno iniciada fotoquímicamente (PRTEA, por sus siglas en inglés).Los organosilanos se preparan mediante una reacción clic entre tioácidos mercaptosuccínicos (MSA, por sus siglas en inglés) o mercaptoacéticos (MAA, por sus siglas en inglés) y el viniltrimetoxisilano (VTMS, por sus siglas en inglés). Las películas se sintetizan mediante EISA a partir de una solución que contiene una mezcla de tetraetoxisilano y diferentes cantidades de organosilanos. Las películas de titania se obtienen en dos pasos; el sol se prepara mezclando VTMS y el precursor de Ti, y después de la síntesis de la película, se somete la película a una reacción fotoquímica con MSA para incorporar los grupos carboxilo en la superficie porosa de la película. Las películas se caracterizan mediante microscopía electrónica, mediciones de porosimetría y Dispersión de Rayos-X de Ángulo Pequeño con detección bidimensional (2D-SAXS, por sus siglas en inglés). El grado de ordenamiento de las películas de sílice depende de la cantidad de organosilano agregado en la síntesis. La incorporación de los grupos vinilo y carboxilo funcionales se muestra mediante XPS, y la presencia de los grupos COOH se confirma mediante Espectroscopia de Transformada de Fourier de Infrarrojo por Reflectancia Difusa (DRIFTS, por sus siglas en inglés). La disponibilidad de los grupos COOH para la modificación química se demuestra mediante DRIFTS siguiendo los cambios en las bandas IR típicas de carbonilo durante el intercambio de protones y la complejación de metales. Para películas de sílice se estudia la complejación de Pb2 +, y para películas de titania Sr2 +. La liberación del estroncio se estudia por ICP-MS, mostrando una liberación prolongada de Sr que dura una semana, beneficiando así los procesos de diferenciación y proliferación de pre-osteoblastos. Se observa una mejora en la proliferación a 3 día de cultivo y la diferenciación celular se mejora después de 15 días de cultivo en medio osteogénico. Estos resultados se obtienen comparando con la proliferación y la diferenciación celular sobre películas de titania mesoporosa sumergidos en SrCl2. Este capítulo muestra la posibilidad de sintetizar películas mesoporosas con grupos funcionales disponibles para la complejación de iones bioactivos, como pueden ser el magnesio o el calcio, que también ayudan en procesos celulares relacionados con la regeneración de hueso. En general, se ha demostrado la versatilidad de las películas mesoporosas de titania para mejorar la osteointegración y evitar la proliferación bacteriana. Los materialesmesoporosos son muy versátiles siendo posible modificar la estructura mesoporosa y la orientación de los poros cambiando el surfactante empleado para la síntesis. También se puede modificar el espesor cambiando los parámetros de velocidad de centrifugación o inmersión y, por último, también es posible sintetizar películas híbridas mesoporosas, pudiendo obtenerse así películas con diversas funcionalidades. Modificando la síntesis de las películas mesoporosas, varía la concentración de moléculas que quedan atrapadas en el interior de la estructura porosa. Además, el área superficial interna disponible para el intercambio iónico también se puede ampliar.CICbiomaGUNE CNEA: Comisión Nacional de Energía Atómica University of Greifswal

Functionalized mesoporous titania film coatings for bone implants with antibacterial and enhanced osseointegrative properties.

184 p.Cada vez hay más cepas bacterianas resistentes a antibióticos y su presencia en entornos médicos supone un riesgo cuando los pacientes son sometidos a una intervención quirúrgica. Cuando una persona es sometida a una cirugía para la sustitución de un hueso por un implante hay riesgo de desarrollar una infección nosocomial y no conseguir una buena osteointegración del implante. En estos casos, es necesario realizar una segunda cirugía para evitar la proliferación de la infección en la zona donde se sitúa el implante, siendo necesaria su sustitución.En la actualidad, para evitar infecciones se suministran antibióticos oralmente; su mayor desventaja es que la concentración que llega a la zona deseada, en este caso el implante, es baja, y en muchos casos no es lo suficientemente alta para evitar la proliferación bacteriana. En este marco surge la necesidad de desarrollar recubrimientos antibacterianos efectivos. Hay dos rutas principales para conseguir una buena osteointegración del implante; (I) evitar la proliferación bacteriana empleando superficies antibacterianas, esta sería la forma más directa, y (II) se puede evitar de una manera indirecta la infección mejorando la adhesión de pre-osteoblastos al implante, lo que hará que se forme la cápsula protectora más rápidamente evitando así la proliferación bacteriana y consiguiendo una rápida proliferación y diferenciación celular.Esta tesis presenta diferentes métodos de funcionalización de películas de titania mesoporosa mediante el uso de antibióticos y factores de crecimiento. Es posible incorporar antibióticos directamente, por inmersión, o también se pueden formar complejos con el antibiótico y ensamblar una película basada en multicapas de polielectrolitos (PEM, por sus siglas en inglés). Los iones bioactivos pueden estimular procesos celulares como la proliferación y diferenciación en pre-osteoblastos. Estos iones se pueden incorporar a la matriz de titania o complejarse en las paredes de la película mesoporosa que se ha funcionalizado previamente con grupos carboxilo. En el Capítulo 1, se utilizan películas mesosporosas de titania para encapsular y liberar controladamente gentamicina. La superficie mesoporosa se funcionaliza con la proteína morfogenética ósea recombinante humana 2 (rhBMP-2, por sus siglas en inglés). La gentamicina es un antibiótico de amplio espectro que se emplea en infecciones seriasque han podido ser causadas tanto por bacterias gram negativas como positivas; como P. aureginosa, E. coli o citrobacter, Estreptococos o Estafilococos. La gentamicina es un aminoglucósido y por tanto su mecanismo de acción consiste en unirse al ARN ribosomal de la subunidad 30S de los ribosomas bacterianos, interfiriendo así en la síntesis proteica. La rhBMP-2 es una proteína ósea, y se ha demostrado que promueve la formación ósea y se emplea para reconstruir defectos óseos patológicos. Las películas se sintetizan mediante recubrimiento por centrifugación sobre cubreobjetos de vidrio a través del método de autoensamblaje inducido por evaporación (EISA, por sus siglas en inglés). La película obtenida tiene un espesor de 80 nm con poros de 5.7 nm de diámetro conectados por cuellos de 4.2 nm de diámetro. Muestran una porosidad del 30.7 %, obtenida por Porosimetría Elipsométrica Ambiental (EEP, por sus siglas en inglés). El módulo de elasticidad de las películas se midió por nanoindentación, resultando tener un valor de 25,5 ± 5 GPa, lo que hace que la superficie sea óptima para su uso en implantes óseos. A pesar de que las superficies de titania densa muestran un módulo de elasticidad en el rango de 100 a 120 GPa, mayor que el de películas mesoporosas de titania, el módulo elástico del hueso varía entre 4 y 30 GPa, donde se encuentra el valor de las películas mesoporosas.La gentamicina se incorpora en los poros por inmersión, mientras que la rhBMP-2 se adsorbe electrostáticamente sobre la superficie de la película. Mediante medidas de ángulo de contacto y Espectroscopía Fotoelectrónica de Rayos-X (XPS, por sus siglas en inglés) se prueba la presencia de gentamicina y rhBMP-2. Se observa que la liberación de la gentamicina del interior de los poros de la película ocurre en dos fases; al inicio un 36 % de la gentamicina encapsulada se libera rápidamente, seguida por una segunda fase que ocurre más prolongadamente y que dura semanas. Este perfil de liberación resulta óptimo en implantes óseos donde es necesaria una alta concentración de antibiótico durante la cirugía y en las horas posteriores, viéndose necesaria su disminución cuando el tejido óseo se está formando. Las películas en base a titania funcionalizadas con gentamicina y rhBMP-2 han resultado ser eficaces contra la colonización por S. aureus. Cuando se sembraron 1,000 unidades formadoras de colonias (UFC), éstas no proliferaron, demostrando la eficacia de la gentamicina que se libera del interior poroso de la película. La presencia de rhBMP-2 mejora la adhesión celular, evaluada con la líneacelular pre-osteoblástica MC3T3-E1, lo que contrarresta el efecto que la gentamicina tiene en la proliferación y diferenciación celular. Después de 10 días de cultivo en medio osteogénico la diferenciación celular es el doble si se compara con películas mesporosas no funcionalizadas. En el Capítulo 2, se fabrican multicapas en base a poli-L-lisina (PLL) y complejos de ácido poli(acrílico) (PAA) y gentamicina mediante la técnica de ensamblado capa por capa (LbL, por sus siglas en inglés). La técnica LbL consiste en la adsorción sucesiva de polielectrolitos con carga opuesta mediante interacciones electrostáticas. La multicapa se fabrica sobre películas mesoporosas de titania. Los complejos se preparan mezclando PAA y gentamicina en 500 mM NaCl a pH 4.5 con el objetivo de obtener complejos de tamaño estable. Se necesitan aproximadamente 2 h para fabricar la multicapa, y los complejos se estabilizan durante 2 h, después de mezclar el PAA con la gentamicina. Una vez han transcurrido estas 2 h se comienza a fabricar la multicapa. El tamaño de los complejos se mantiene estable durante la formación de la multicapa con un tamaño alrededor de 300 nm de diámetro. El ensamblado del PLL y los complejos sigue un crecimiento exponencial, observado cuando el ensamblado es monitoreado en la Microbalanza de Cristal de Cuarzo con monitoreo de la disipación (QCM-D, por sus siglas en ingles), permitiendo una alta carga de gentamicina en una PEM de únicamente 4 capas. Las imágenes de Microscopía Electrónica de Barrido (SEM, por sus siglas en ingles) y Microscopía de Fuerza Atómica (AFM, por sus siglas en inglés) demuestran que la superficie del ensamblado es irregular, lo que unido al crecimiento exponencial observado por QCM-D, da lugar a asociar este tipo de crecimiento a un crecimiento por ¿islas¿ descrito previamente en otros trabajos. Hasta pH 13 la PEM es estable, sin embargo, a pH fisiológico la gentamicina se libera. El 48 % de la gentamicina total es liberada en las 6 primeras horas, dando lugar después a una liberación paulatina del 80 % que dura más de un mes.Para estudiar la actividad de la gentamicina liberada de la multicapa se siembran 1,000 UFC de S. aureus sobre las multicapas y sobre los sustratos control, que consisten en cubreobjetos de vidrio sumergidos en gentamicina. Se incuban las bacterias durante 24 h y posteriormente se despegan las que se han adherido y se siembran sobre placas de agar, para proceder al conteo visual de las UFC después de dejarlas crecer una noche(aproximadamente 18 h). Las multicapas sintetizadas son eficaces para prevenir la proliferación de la S. aureus, en comparación con el control, la cantidad de bacterias que crecen sobre la multicapa son 3 órdenes de magnitud inferior. En el Capítulo 3, se preparan películas mesoporosas de titanato de estroncio (SrTiMFs) con un 30 % de volumen poroso y un contenido molar de estroncio (Sr) del 20 %. Las películas presentan un diámetro de poro de 5,5 nm conectados por cuellos de 3,2 nm y tienen un espesor de 85 nm. Los SrTiMFs muestran una gran área superficial interna disponible para el intercambio de Sr. Los espectros obtenidos en diferentes zonas de la película por Microscopía Electrónica de Barrido por Transmisión (STEM, por sus siglas en inglés) han demostrado que el Sr se encuentra distribuido homogéneamente en la estructura de titania y no se observan agregados o islas de Sr. La liberación del estroncio se monitorea mediante mediciones de Espectrometría de Masas de Plasma Acoplado Inductivamente (ICP-MS, por sus siglas en inglés). Los resultados indican que en las 8 primeras horas el 44 % del Sr que contenía la película es liberado al medio celular. Después de las 8 horas, se observa que más Sr se libera, pero en cantidades inferiores, y debido a que no se ha liberado el 100 % se espera que haya una liberación más lenta y paulatina. Los SrTiMFs mejoran la adhesión de pre-osteoblastos mostrando una mayor filopodia, se observa que las células están más alargadas, si se compara con células cultivadas sobre sustratos de titania que no contienen estroncio. Las tasas de proliferación y diferenciación celular también mejoran gracias a la presencia de estroncio. En general, la incorporación de Sr en los recubrimientos de titania mesoporosa puede dar lugar a una más pronta osteointegración en las etapas tempranas de formación de tejido óseo. En el segundo día, la proliferación celular es en un 64% mayor, comparada con la proliferación celular sobre sustratos sin estroncio, y la actividad de la alcalina fosfatasa también es mayor después del quinto día de cultivo en medio osteogénico. En el Capítulo 4, se sintetizan películas híbridas de sílice inorgánica-orgánica mesoporosa y de titania con grupos funcionales de ácido carboxílico covalentemente unido a las paredes de los poros. Las películas de sílice se fabrican en un solo paso utilizando alcoxisilanos derivados de ácidos carboxílicos obtenidos mediante la reacción clic de adición radicalaria tiol-eno iniciada fotoquímicamente (PRTEA, por sus siglas en inglés).Los organosilanos se preparan mediante una reacción clic entre tioácidos mercaptosuccínicos (MSA, por sus siglas en inglés) o mercaptoacéticos (MAA, por sus siglas en inglés) y el viniltrimetoxisilano (VTMS, por sus siglas en inglés). Las películas se sintetizan mediante EISA a partir de una solución que contiene una mezcla de tetraetoxisilano y diferentes cantidades de organosilanos. Las películas de titania se obtienen en dos pasos; el sol se prepara mezclando VTMS y el precursor de Ti, y después de la síntesis de la película, se somete la película a una reacción fotoquímica con MSA para incorporar los grupos carboxilo en la superficie porosa de la película. Las películas se caracterizan mediante microscopía electrónica, mediciones de porosimetría y Dispersión de Rayos-X de Ángulo Pequeño con detección bidimensional (2D-SAXS, por sus siglas en inglés). El grado de ordenamiento de las películas de sílice depende de la cantidad de organosilano agregado en la síntesis. La incorporación de los grupos vinilo y carboxilo funcionales se muestra mediante XPS, y la presencia de los grupos COOH se confirma mediante Espectroscopia de Transformada de Fourier de Infrarrojo por Reflectancia Difusa (DRIFTS, por sus siglas en inglés). La disponibilidad de los grupos COOH para la modificación química se demuestra mediante DRIFTS siguiendo los cambios en las bandas IR típicas de carbonilo durante el intercambio de protones y la complejación de metales. Para películas de sílice se estudia la complejación de Pb2 +, y para películas de titania Sr2 +. La liberación del estroncio se estudia por ICP-MS, mostrando una liberación prolongada de Sr que dura una semana, beneficiando así los procesos de diferenciación y proliferación de pre-osteoblastos. Se observa una mejora en la proliferación a 3 día de cultivo y la diferenciación celular se mejora después de 15 días de cultivo en medio osteogénico. Estos resultados se obtienen comparando con la proliferación y la diferenciación celular sobre películas de titania mesoporosa sumergidos en SrCl2. Este capítulo muestra la posibilidad de sintetizar películas mesoporosas con grupos funcionales disponibles para la complejación de iones bioactivos, como pueden ser el magnesio o el calcio, que también ayudan en procesos celulares relacionados con la regeneración de hueso. En general, se ha demostrado la versatilidad de las películas mesoporosas de titania para mejorar la osteointegración y evitar la proliferación bacteriana. Los materialesmesoporosos son muy versátiles siendo posible modificar la estructura mesoporosa y la orientación de los poros cambiando el surfactante empleado para la síntesis. También se puede modificar el espesor cambiando los parámetros de velocidad de centrifugación o inmersión y, por último, también es posible sintetizar películas híbridas mesoporosas, pudiendo obtenerse así películas con diversas funcionalidades. Modificando la síntesis de las películas mesoporosas, varía la concentración de moléculas que quedan atrapadas en el interior de la estructura porosa. Además, el área superficial interna disponible para el intercambio iónico también se puede ampliar.CICbiomaGUNE CNEA: Comisión Nacional de Energía Atómica University of Greifswal

Antibacterial Layer-by-Layer coatings for medical implants

The widespread occurrence of nosocomial infections and the emergence of new bacterial strands calls for the development of antibacterial coatings with localized antibacterial action that are capable of facing the challenges posed by increasing bacterial resistance to antibiotics. The Layer-by-Layer (LbL) technique, based on the alternating assembly of oppositely charged polyelectrolytes, can be applied for the non-covalent modification of multiple substrates, including medical implants. Polyelectrolyte multilayers fabricated by the LbL technique have been extensively researched for the development of antibacterial coatings as they can be loaded with antibiotics, antibacterial peptides, nanoparticles with bactericide action, in addition to being capable of restricting adhesion of bacteria to surfaces. In this review, the different approaches that apply LbL for antibacterial coatings, emphasizing those that can be applied for implant modification are presented.This research was funded by the MAT2017-88752-R Retos project from the Spanish Ministry of Economics. This work was performed under the Maria de Maeztu Units of Excellence Program from the Spanish State Research Agency–Grant No. MDM-2017-0720

Longitudinally aligned inner-patterned silk fibroin conduits for peripheral nerve regeneration

Published 18 April 2023Peripheral nerve injuries represent a major clinical challenge, if nerve ends retract, there is no spontaneous regeneration, and grafts are required to proximate the nerve ends and give continuity to the nerve. The nerve guidance conduits (NGCs) presented in this work are silk fibroin (SF)-based, which is biocompatible and very versatile. The formation of conduits is obtained by forming a covalently cross-linked hydrogel in two concentric moulds, and the inner longitudinally aligned pattern of the SF NGCs is obtained through the use of a patterned inner mould. SF NGCs with two wall thicknesses of ~ 200 to ~ 400 μm are synthesized. Their physicochemical and mechanical characteristics have shown improved properties when the wall thickness is thicker such as resistance to kinking, which is of special importance as conduits might also be used to substitute nerves in flexible body parts. The Young modulus is higher for conduits with inner pattern, and none of the conduits has shown any salt deposition in presence of simulated body fluid, meaning they do not calcify; thus, the regeneration does not get impaired when conduits have contact with body fluids. In vitro studies demonstrated the biocompatibility of the SF NGCs; proliferation is enhanced when iSCs are cultured on top of conduits with longitudinally aligned pattern. BJ fibroblasts cannot infiltrate through the SF wall, avoiding scar tissue formation on the lumen of the graft when used in vivo. These conduits have been demonstrated to be very versatile and fulfil with the requirements for their use in PNR.Open access funding provided by FCT|FCCN (b-on)

Strontium titanate (SrTiO3) mesoporous coatings for enhanced strontium delivery and osseointegration on bone implants

The incorporation of strontium (Sr) in titania enhances surface bioactivity and has a positive effect on pre-osteoblastic cell attachment, proliferation, and differentiation. Strontium titanate mesoporous films (SrTiMFs) with 30% pore volume and a 20% Sr molar content have been prepared by the evaporation induced self-assembly method. SrTiMFs display a large internal surface area available for exchange of Sr, which is released in cell media up to 44% within the first 8 h. SrTiMFs improve attachment of MC3T3-E1 pre-osteoblastic cells, which show larger filopodia and more elongated features than cells attached to plain mesoporous titania films (MTFs). SrTiMFs also display improved cell proliferation and differentiation rates indicating that overall Sr incorporation into mesoporous titania coatings can lead to enhanced osseointegration during the early stages of bone tissue formation.Fil: Escobar, Ane. Centro de Investigación Cooperativa en Biomateriales; EspañaFil: Muzzio, Nicolás Eduardo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto de Investigaciones Fisicoquímicas Teóricas y Aplicadas. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ciencias Exactas. Instituto de Investigaciones Fisicoquímicas Teóricas y Aplicadas; Argentina. Centro de Investigación Cooperativa en Biomateriales; EspañaFil: Angelome, Paula Cecilia. Comisión Nacional de Energía Atómica. Gerencia del Área de Seguridad Nuclear y Ambiente. Gerencia de Química (CAC); Argentina. Comisión Nacional de Energía Atómica. Centro Atómico Constituyentes; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Bordoni, Andrea Veronica. Comisión Nacional de Energía Atómica. Gerencia del Área de Seguridad Nuclear y Ambiente. Gerencia de Química (CAC); Argentina. Comisión Nacional de Energía Atómica. Centro Atómico Constituyentes; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Martínez, Angel. Centro de Investigación Cooperativa en Biomateriales; EspañaFil: Bindini, Elisa. Centro de Investigación Cooperativa en Biomateriales; EspañaFil: Coy, Emerson. Adam Mickiewicz University. Nanobiomedical Centre; PoloniaFil: Andreozzi, Patrizia. Centro de Investigación Cooperativa en Biomateriales; EspañaFil: Grzelczak, Marek. Donostia International Physic Center; . Basque Foundation for Science; EspañaFil: Moya, Sergio E.. Centro de Investigación Cooperativa en Biomateriales; Españ

Antibacterial mesoporous titania films with embedded gentamicin and surface modified with bone morphogenetic protein 2 to promote osseointegration in bone implants

Novel approaches are needed to avoid bacterial infections following implant surgery. Here the use of mesoporous titania films (MTFs) for gentamicin loading and delivery and the surface functionalization of MFTs with human recombinant bone morphogenetic protein 2 (hrBMP-2) are discussed. Gentamicin is incorporated into the MTF pores by immersion of the porous materials in gentamicin solution while hrBMP-2 is adsorbed on top of the MTF. Contact angle and X-ray photoelectron spectroscopy measurements are performed to prove gentamicin loading and hrBMP-2 functionalization. An initial burst release of gentamicin takes place in physiological media followed by a prolonged release that lasts weeks. Such a release profile is highly appealing for bone implants where a high concentration of antibiotics is necessary during implant surgery while a lower antibiotic concentration is needed until tissue is regenerated. The MTFs loaded with gentamicin and functionalized with hrBMP-2 are effective against Staphylococcus aureus colonization, and the presence of hrBMP-2 enhances MC3T3-E1 preosteoblastic cell attachment, proliferation, and differentiation.Fil: Escobar, Ane. Centro de Investigación Cooperativa en Biomateriales; EspañaFil: Muzzio, Nicolás Eduardo. Centro de Investigación Cooperativa en Biomateriales; España. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Coy, Emerson. Adam Mickiewicz University; PoloniaFil: Liu, Hui. Chinese Academy of Sciences; República de ChinaFil: Bindini, Elisa. Centro de Investigación Cooperativa en Biomateriales; EspañaFil: Andreozzi, Patrizia. Centro de Investigación Cooperativa en Biomateriales; EspañaFil: Wang, Guocheng. Chinese Academy of Sciences; República de ChinaFil: Angelome, Paula Cecilia. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Comisión Nacional de Energía Atómica. Centro Atómico Constituyentes; ArgentinaFil: Delcea, Mihaela. University of Greifswald; AlemaniaFil: Grzelczak, Marek. Donostia International Physic Center; . Basque Foundation for Science; EspañaFil: Moya, Sergio E.. Centro de Investigación Cooperativa en Biomateriales; Españ

Colorectal cancer health services research study protocol: the CCR-CARESS observational prospective cohort project

BACKGROUND: Colorectal cancers are one of the most common forms of malignancy worldwide. But two significant areas of research less studied deserve attention: health services use and development of patient stratification risk tools for these patients. METHODS:DESIGN: a prospective multicenter cohort study with a follow up period of up to 5 years after surgical intervention. Participant centers: 22 hospitals representing six autonomous communities of Spain. Participants/Study population: Patients diagnosed with colorectal cancer that have undergone surgical intervention and have consented to participate in the study between June 2010 and December 2012. Variables collected include pre-intervention background, sociodemographic parameters, hospital admission records, biological and clinical parameters, treatment information, and outcomes up to 5 years after surgical intervention. Patients completed the following questionnaires prior to surgery and in the follow up period: EuroQol-5D, EORTC QLQ-C30 (The European Organization for Research and Treatment of Cancer quality of life questionnaire) and QLQ-CR29 (module for colorectal cancer), the Duke Functional Social Support Questionnaire, the Hospital Anxiety and Depression Scale, and the Barthel Index. The main endpoints of the study are mortality, tumor recurrence, major complications, readmissions, and changes in health-related quality of life at 30 days and at 1, 2, 3 and 5 years after surgical intervention. STATISTICAL ANALYSIS: In relation to the different endpoints, predictive models will be used by means of multivariate logistic models, Cox or linear mixed-effects regression models. Simulation models for the prediction of discrete events in the long term will also be used, and an economic evaluation of different treatment strategies will be performed through the use of generalized linear models. DISCUSSION: The identification of potential risk factors for adverse events may help clinicians in the clinical decision making process. Also, the follow up by 5 years of this large cohort of patients may provide useful information to answer different health services research questions

Multigenic phylogeny and analysis of tree incongruences in Triticeae (Poaceae)

Background: Introgressive events (e.g., hybridization, gene flow, horizontal gene transfer) and incomplete lineage sorting of ancestral polymorphisms are a challenge for phylogenetic analyses since different genes may exhibit conflicting genealogical histories. Grasses of the Triticeae tribe provide a particularly striking example of incongruence among gene trees. Previous phylogenies, mostly inferred with one gene, are in conflict for several taxon positions. Therefore, obtaining a resolved picture of relationships among genera and species of this tribe has been a challenging task. Here, we obtain the most comprehensive molecular dataset to date in Triticeae, including one chloroplastic and 26 nuclear genes. We aim to test whether it is possible to infer phylogenetic relationships in the face of (potentially) large-scale introgressive events and/or incomplete lineage sorting; to identify parts of the evolutionary history that have not evolved in a tree-like manner; and to decipher the biological causes of genetree conflicts in this tribe. Results: We obtain resolved phylogenetic hypotheses using the supermatrix and Bayesian Concordance Factors (BCF) approaches despite numerous incongruences among gene trees. These phylogenies suggest the existence of 4-5 major clades within Triticeae, with Psathyrostachys and Hordeum being the deepest genera. In addition, we construct a multigenic network that highlights parts of the Triticeae history that have not evolved in a tree-lik

Healthcare workers hospitalized due to COVID-19 have no higher risk of death than general population. Data from the Spanish SEMI-COVID-19 Registry

Aim To determine whether healthcare workers (HCW) hospitalized in Spain due to COVID-19 have a worse prognosis than non-healthcare workers (NHCW). Methods Observational cohort study based on the SEMI-COVID-19 Registry, a nationwide registry that collects sociodemographic, clinical, laboratory, and treatment data on patients hospitalised with COVID-19 in Spain. Patients aged 20-65 years were selected. A multivariate logistic regression model was performed to identify factors associated with mortality. Results As of 22 May 2020, 4393 patients were included, of whom 419 (9.5%) were HCW. Median (interquartile range) age of HCW was 52 (15) years and 62.4% were women. Prevalence of comorbidities and severe radiological findings upon admission were less frequent in HCW. There were no difference in need of respiratory support and admission to intensive care unit, but occurrence of sepsis and in-hospital mortality was lower in HCW (1.7% vs. 3.9%; p = 0.024 and 0.7% vs. 4.8%; p<0.001 respectively). Age, male sex and comorbidity, were independently associated with higher in-hospital mortality and healthcare working with lower mortality (OR 0.211, 95%CI 0.067-0.667, p = 0.008). 30-days survival was higher in HCW (0.968 vs. 0.851 p<0.001). Conclusions Hospitalized COVID-19 HCW had fewer comorbidities and a better prognosis than NHCW. Our results suggest that professional exposure to COVID-19 in HCW does not carry more clinical severity nor mortality

Reducing the environmental impact of surgery on a global scale: systematic review and co-prioritization with healthcare workers in 132 countries

Abstract Background Healthcare cannot achieve net-zero carbon without addressing operating theatres. The aim of this study was to prioritize feasible interventions to reduce the environmental impact of operating theatres. Methods This study adopted a four-phase Delphi consensus co-prioritization methodology. In phase 1, a systematic review of published interventions and global consultation of perioperative healthcare professionals were used to longlist interventions. In phase 2, iterative thematic analysis consolidated comparable interventions into a shortlist. In phase 3, the shortlist was co-prioritized based on patient and clinician views on acceptability, feasibility, and safety. In phase 4, ranked lists of interventions were presented by their relevance to high-income countries and low–middle-income countries. Results In phase 1, 43 interventions were identified, which had low uptake in practice according to 3042 professionals globally. In phase 2, a shortlist of 15 intervention domains was generated. In phase 3, interventions were deemed acceptable for more than 90 per cent of patients except for reducing general anaesthesia (84 per cent) and re-sterilization of ‘single-use’ consumables (86 per cent). In phase 4, the top three shortlisted interventions for high-income countries were: introducing recycling; reducing use of anaesthetic gases; and appropriate clinical waste processing. In phase 4, the top three shortlisted interventions for low–middle-income countries were: introducing reusable surgical devices; reducing use of consumables; and reducing the use of general anaesthesia. Conclusion This is a step toward environmentally sustainable operating environments with actionable interventions applicable to both high– and low–middle–income countries