Prótesis en artroplastia total de cadera y recubrimientos bioactivos de quitosano para mejorar su desempeño / Prostheses in total hip arthroplasty and chitosan bioactive coatings to improve their performance / Prótese em artroplastia total de quadril e quitosana bioactivos revestimentos para melhorar o desempenho

RESUMEN

La artroplastia total de cadera (ATC) es un procedimiento común en el campo de la traumatología. Esta consiste en la sustitución o el reemplazo de la cadera por un sistema predominantemente metálico en los casos en que los principales componentes de la articulación han sido afectados de manera irreversible. Entre los metales más comúnmente utilizados en prótesis de ATC se encuentra el titanio y sus aleaciones, en especial Ti6Al4V debido a sus óptimas propiedades mecánicas y resistencia a la corrosión. Estas prótesis pueden ser cementadas y no-cementadas, cada una con ventajas y desventajas prácticas, pero con limitaciones comunes como la suceptibilidad a las infecciones, la poca capacidad de osteointegración y la alta dependencia a la tecnica quirurgica empleada por el medico. Particularmente, el crecimiento del hueso en la superficie del implante se ha promovido bien sea creando rugosidad superficial o mediante recubrimientos de fosfatos cálcicos como la hidroxiapatita, logrando de esta manera aumentar la vida util de las protesis, aunque aun no lo suficiente para evitar cirugias posteriores (artroplastia de revisión) especialmente para pacientes jóvenes. Es por esto que se proponen recubrimientos bioactivos a partir de biopolímeros. El quitosano, polimero natural que se obtiene a partir del exoesqueleto de crustáceos, destaca entre los más utilizados para este fin debido a que su estructura quimica le confiere adecuada biocompatibilidad y versatilidad para ser combinado con otras sustancias o moleculas. Los recubrimientos a base de quitosano se han desarrollado a través de interacciones físicas por inmersión, capas polielectrolíticas utilizando polímeros naturales aniónicos, y la creación de enlaces covalentes por el método de silanización el cual permite activar la superficie oxidada del metal con monomeros de silicio que contienen al menos un enlace carbono-silico y que son altamente reactivos con biomoléculas. Los recubrimientos de quitosano también han sido utilizados para la encapsulación y liberacion controlada de factores de crecimiento y diferenciación, confiriéndoles no solo una bioactividad sino osteoinductividad en la interfase metal-tejido, permitiendo la deposicion de matriz extracelular osea y finalmente el crecimiento de hueso en la superficie del implante. Dados los numerosos estudios realizados, los recubrimientos de quitosano tienen un futuro promisorio en aplicaciones prácticas de cirugía ortopédica. Específicamente, este artículo describe los recubrimientos de quitosano como una alternativa viable para la problematica actual asociada a la pobre osteointegracion de componentes metalicos en la ATC.

ABSTRACT

Total hip arthroplasty (THA) is a common procedure in traumatology. It consists in the substitution or replacement of the hip by a predominantly metallic system in the cases in which the main joint components have been irreversibly affected. Among the most widely used metals in THA prostheses, titanium and its alloys are found, especially Ti6Al4V due to its optimal mechanical properties and resistance to corrosion. These prostheses can be cemented or non-cemented, each one with advantages and disadvantages, but with common problems such as susceptibility to infection, poor osseointegration and high dependence on the surgical technique. In particular, the growth of bone into the implant surface has been promoted through either surface roughness or by creating coatings of calcium phosphates such as hydroxyapatite, thus achieving increases in the life of the prosthesis, but still not enough to avoid subsequent surgeries (revision arthroplasty) especially for young patients. In this sense, biopolymerbased bioactive coatings have been proposed. Chitosan, obtained from crustacean cytoskeleton, stands out among the polymers used for this purpose due its chemical structure that allows it to have appropriate biocompatibility, and versatility to be combined with other substances or molecules. Chitosan-based coatings have been developed through physical interactions by immersion, polyelectrolyte layers using anionic natural polymers, and the creation of covalent links via silanization, which activates the metal surface with silicon monomers containing at least one biomolecules highly reactive carbon-silico bond. These coatings have also been used to encapsulate growth and differentiation factors, conferring them not only bioactivity but also osseoinductivity at the metal-tissue interface allowing bone extracellular matrix deposition onto the implant surface. Due to the numerous studies carried out, it can be said that polymeric coatings have a promising future in orthopedic surgery. Specifically, this article describes the chitosan coatings as a feasible alternative to the current problem associated to the poor osseointegration of metallic components in the THA.

RESUMO

A artroplastia total do quadril (ATQ) é um procedimento comum na área de traumatologia. Este é o sistema de substituição de substituição ou de quadril para predominantemente de metal nos casos em que os principais componentes da articulação são afetados de forma irreversível. Entre a prótese mais utilizada é ATC metais titânio e suas ligas, particularmente TÍ6AI4V por causa das suas excelentes propriedades mecânicas e de resistência à corrosão. Estas próteses podem ser cimentadas e não-cimentadas, cada um com vantagens e desvantagens práticas, mas com limitações comuns, tais como a susceptibilidade à infecção, má capacidade de osseointegração e alta dependência da técnica cirúrgica utilizada pelo médico. Particularmente o crescimento ósseo na superfície do implante tenha sido promovida quer a criação de rugosidade da superfície ou por revestimento de fosfatos de cálcio, tais como hidroxiapatita, conseguindo assim aumentar a vida útil da prótese, embora ainda não é suficiente para evitar posteriores cirurgias (artroplastia de revisão), especialmente para pacientes jovens. É por isso proposta revestimentos bioactivos de biopolímeros. O quitosano, um polímero natural que é derivado do exoesqueleto de crustáceos, destaca-se entre os mais amplamente utilizados para este fim, porque a sua estrutura química proporciona biocompatibilidade e versatilidade adequada para ser combinado com outras substâncias ou moléculas. Os revestimentos à base de quitosano têm sido desenvolvidos através de camadas de polielectrólito interacções físicas de imersão utilizando polímeros naturais aniónicos, e criação de ligações covalentes pelo método de silanização que activa a superfície de metal oxidado com monómeros contendo silício pelo menos uma ligação carbono-silício e que são altamente reactivos com ligação biomoléculas. Revestimentos de quitosano também foram utilizados para a encapsulação e controlada factores de crescimento e diferenciação de libertação, não só confere bioactividade mas osteoindutividade na interface metal-tecido, permitindo a deposição de matriz extracelular óssea e finalmente o crescimento do osso em superfície do implante. Tendo em conta os numerosos estudos, revestimentos de quitosana tem um futuro promissor em aplicações práticas de cirurgia ortopédica. Especificamente, este artigo descreve revestimentos de quitosana como uma alternativa viável para os problemas actuais associados à má osseointegração de componentes metálicos no ATC.