Dr. Xavier Gil, director del Grup de Biomaterials i Biomecànica i Enginyeria de Teixits – CREB – i vicerector de Política Científica – UPC

1. Tendències i oportunitats de futur dels
i i lBiomaterials
Xavier Gil Mur
Bi t i l Bi h i d Ti E i i GBiomaterials, Biomechanics and Tissue Engineering Group
Dept. Materials Science and Metallurgical Engineering.
Technical University of Catalonia (UPC)
Biomedical Research Networking Center in BioengineeringBiomedical Research Networking Center in Bioengineering,
Biomaterials and Nanomedicine (CIBER‐BBN)
BIOCAT. Biomaterials : de la biònica cap a la regeneració i les teràpies avançades

2. Esperança de Vida 2009
> 80
77-80
75-77
70-67
65-67
60-65 40-45
72-75
70-72
50-60
45-50
< 40

3. Complexitat dels teixits biològics

4. Complexitat de moviments

5. Problemes de Cirurgia Ortopèdica i Traumatologia
Desgast Articular

6. Problemes de Cirurgia Ortopèdica i Traumatologia
Desgast Articular

7. Problemes de Cirurgia Ortopèdica i Traumatologia
Tendències de futur

8. Problemes de Cirurgia Ortopèdica i Traumatologia
Transferència de càrrega a l’os
E ós 10-20 GPa
E CoCrMo 240 GPa
E acer inox. 210 GPa
E Ti6Al4V 110 GPE Ti6Al4V 110 GPa
REABSORCIÓ OSSIA

9. T dè i d f t
Problemes de Cirurgia Ortopèdica i Traumatologia
Tendències de futur
Pròtesis de baix mòdul elàstic
Ti-29Zr-13Ta-2Sn E=45 GPa
Ti-13Nb-13Zr E=43 GPa
Ti-27.87Nb-11.87Sn E=40GPa
Ti-24Nb-1.5Al-1Hf E=33 GPa

10. Problemes de Cirurgia Ortopèdica i Traumatologia
Espumes metàl·liques
Tendències de futur
Espumes metàl liques

11. Problemes de Cirurgia Ortopèdica i Traumatologia
Osteoporosi

12. Problemes de Cirurgia Ortopèdica i Traumatologia
Materials osteoinductius injectables
Tendències de futur
Macroporous scaffolds vs “microscaffolds”

13. Cell differentiation after 14 days
Focal
Problemes de Cirurgia Ortopèdica i Traumatologia
Focal
depth
position
10 m
100 m
Cells grow inside the
macropores.Nucleus Osteocalcin
200 m

14. HA-MC GEL/HA-MC
14 d

15. Problemes de la Implantologia Oral

16. Implantologia Oral
Acceleració de la osteointegració - Implants de càrrega immediata

17. Implantologia Oral
Bioactivitat-Biomimètica
Implant BoneImplant BoneImplant BoneImplant BoneImplant BoneImplant BoneImplant BoneImplant Bone
Ca/P = 1,67Ca/P = 1,67
ApatiteApatiteApatiteApatite Ca/P = 1,70Ca/P = 1,70
60 m

18. Implantologia Oral
S fi iSuperficies
osteogèniques
ESB 2009, September 7‐11 Lausanne, Switzerland

19. Implantologia Oral
Lluita contra les bactèries:
Periimplantitis

20. Implantologia Oral
Bactèries

21. Implantologia Oral
Tendències de futur
AjustsAjusts

22. Implantologia Oral
S
Tendències de futur
Segellat biològic

23. Implantologia Oral
Tendències de futur
Creixement guiat. Influència de la topografia

24. Implantologia Oral
Tendències de futur
Creixement cel·lular guiat

25. Implantologia Oral
BIOFUNCIONALITZACIÓ
H2O
H2O
H2O
Interacción tejido-implante:
1.‐ Hidratación (nanosegundos)
2.‐ Adsorción inespecífica de proteínas
(de segundos a horas)
3.‐ Adhesión celular (De minutos a días)( )
ó l f ó d f ó l l4.‐ Migración, proliferación y diferenciación celular
(de horas a semanas)

26. I l t l i O l
Bi f i li ió
Implantologia Oral
Biofuncionalización:
Modificación superficial que permite mediar las interacciones
entre células y material con el objetivo de mejorar la respuesta
biológica del organismo ante el biomaterial.

27. I l t l i O lImplantologia Oral
Objetivo:
El d ll d té i d i ili ió dEl desarrollo de una nueva técnica de inmovilización de
oligopéptidos en la superficie del titanio mediante la utilización de
3-cloropropiltrietoxisilano (CPTES) como agente de unión entre la
superficie de titanio y el péptido.

28. I l t l i O lImplantologia Oral
Preparación de la superficie de titanio:
Desbaste (SiC)
OH
- Desbaste (SiC)
- Pulido (SiO2) Ra= 10~15 nmTiO2
OH
OH
OH
- Lavado: Ciclohexano, Isopropanol, Agua, Acetona
- Activación por Plasma Cleaning
OH
OH
OH
Activación por Plasma Cleaning
Ti
OH
OH
OH
OH
OH
OH

29. I l t l i O l
Silanización:
Implantologia Oral
Silanización:
- Solvente: Pentano
- 3-Cloropropil trietoxi silano (CPTES): 500 mMTiO2 3 Cloropropil trietoxi silano (CPTES): 500 mM
- Diisopropil etil amina (DIEA): 500 mMOH
OH
2
EtO H H
OH
OH
OH
OH
Ti + Si
EtO
EtO Cl
C
C
C
H
H
H
H
H
H
ClClClCl
OH
OH
OH
OH
EtO
H
OH
OH
OH
Si
O
O
O
O Si Si O
O
Si
O
HO OH

30. I l t l i O l
I ili ió d l é tid KGRGDS
Implantologia Oral
C-Terminus
Inmovilización del péptido KGRGDS
Par de electrones libres C-Terminus
H H O
H
N-Terminus
C Terminus
H2O, pH 11, 36 h
Cl
N
H
Par de electrones libres
N
H
C GRGDS C
O
ClClClCl
+
2 , p ,
N
H
H
C
H
H
C
H
H
H
Si Si
Carga parcial
positiva
N
HH
Si
O
O
O
O Si Si O
O
Si
O
HO OH
Sustitución nucleófila
Si
TiO2 TiO2
Lysine residue (K)
Sustitución nucleófila

31. I l t l i O lImplantologia Oral
Espectroscopía de Masas de Iones Secundarios por Tiempo de Vuelo (ToF SIMS):
Espectro negativo:
Ti+RGD
Ti+CPTES+RGDCl
Cl
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
Ti+CPTES
Cl
Cl
Ti
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
Masa/carga

32. I l t l i O lImplantologia Oral
Espectroscopía de Masas de Iones Secundarios por Tiempo de Vuelo (ToF SIMS):
Espectro positivo:
Ti+CPTES+RGD
Ti+RGD
CH N CH N
C2H4N C3H6N
25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 105 110 115
Ti+CPTES+RGDCH2N CH4N
C4H8N
C5H4N
C6H11N
Ti
Ti+CPTES
25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 105 110 115
Ti
M /Masa/carga

33. I l t l i O lImplantologia Oral
Estabilidad mecánica del péptido
- Funcionalización: péptido con Carboxifluoresceina
- Estabilidad mecánica mediante Ultrasonidos en PBS
C tifi ió di t i í d fl i- Cuantificación mediante microscopía de fluorescencia
40
45
ncia
25
30
35
luorescen
Ti+RGD
10
15
20
ensidadfl
Ti+RGD
Ti+CPTES+RGD
Ti
0
5
0 min 15 min 30 min 60 min 90 min 120 min
Inte
Tiempo en ultrasonidos

34. I l t l i O lImplantologia Oral
Adhesión celular: Células Mesenqimales de rata
Péptidos utilizados: KGRGDS, KGGGRGDS, KGRDGS
Ti Ti+CPTES
épt dos ut ados G G S, GGG G S, G GS
Celulas mesquimales de rata (rMSC)
20 000 células por muestra20.000 células por muestra
Exposición durante 3h
Ti+CPTES+
KGGGRGDS
Ti+CPTES+
KGRGDS
Tinción fluorescente:
Núcleos: Azul
A ti R j KGGGRGDS KGRGDSActina: Rojo
Vinculina: Verde

35. I l t l i O lImplantologia Oral
Adhesión celular: Osteoblastos MG 63
Número de
2
Extensión celular
células/cm2
(%)
Ti limpio 657,2 ± 118,8 41,4 ± 10,7
Ti+CPTES 45 0 ± 7 2Ti+CPTES 45,0 ± 7,2 16,7 ± 13,1
Ti+KGRGDS 589,7 ± 78,4 34,5 ± 10,1
Ti+KGGGRGDS 625 7 ± 58 7 37 5 ± 11 3Ti+KGGGRGDS 625,7 ± 58,7 37,5 ± 11,3
Ti+KGRDGS 270,1 ± 11,7 28,8 ± 12,7
Ti+CPTES+KGRGDS 1960,60± 159,0 48 3 ± 15 5, , 48,3 ± 15,5
Ti+CPTES+KGGGRGDS 847,7 ± 114,5 58,2± 20,9
Ti+CPTES+KGRDGS 225,1 ± 15,1 29,8 ± 7,6

36. CardiovascularCardiovascular

37. CardiovascularCardiovascular
Agregació
plaquetàriap q

38. Cardiovascular
Tendències de futur Sangfobia

39. Cardiovascular
Tendències de futur
Stent de Magnesi Biodegradableg g

40. Pròtesi pediàtriques