Potentiel antimicrobien et croissance cellulaire ostéoblastique sur des surfaces en titane modifiées électrochimiquement avec nanotubes et incorporation de sélénium ou d'argent

Rapports scientifiques volume 12, Numéro d'article : 8298 (2022) Citer cet article

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Les surfaces de nanotubes de titane contenant de l'argent, du zinc et du cuivre ont montré des effets antimicrobiens sans diminuer la croissance des cellules ostéoblastiques. Dans cette étude in vitro, nous présentons les premiers résultats sur l'évaluation biologique des modifications de surface en incorporant des composés de sélénium et d'argent dans des nanotubes de dioxyde de titane (TiO2) par dépôt électrochimique. Des nanotubes TiO2 (TNT) et du TNT dopé au phosphate (pTNT) ont été cultivés à la surface de disques Ti6Al4V par anodisation. Des composés d'hydroxyapatite (HA), de sélénium (Se) et d'argent (Ag) ont été incorporés par dépôt électrochimique. Les unités formant colonies de Staphylococcus epidermidis (DSM 3269) étaient significativement diminuées dans SepTNT (0,97 ± 0,18 × 106 CFU/mL), SepTNT-HA (1,2 ± 0,39 × 106 CFU/mL), AgpTNT (1,36 ± 0,42 × 106 CFU/mL). ) et Ag2SepTNT (0,999 ± 0,12 × 106 CFU/mL) par rapport au contrôle non modifié (2,2 ± 0,21 × 106 CFU/mL). L'adhésion bactérienne a été calculée en mesurant la zone couverte après coloration par fluorescence. L'adhésion était plus faible dans SepTNT (37,93 ± 12 % ; P = 0,004), pTNT (47,3 ± 6,3 %, P = 0,04), AgpTNT (24,9 ± 1,8 % ; P < 0,001) et Ag2SepTNT (14,9 ± 4,9 % ; P < 0,001). ) par rapport au contrôle non modifié (73,7 ± 11 %). La formation de biofilm et la croissance de cellules ostéoblastiques (MG-63) ont été observées en utilisant la coloration Crystal Violet. La formation de biofilm était réduite dans les disques SepTNT (22 ± 3 %, P = 0,02) et Ag2SepTNT (23 ± 11 %, P = 0,02) par rapport au contrôle non modifié (54 ± 8 %). En comparaison avec le contrôle non modifié, les surfaces SepTNT-HA et pTNT modifiées présentaient une zone couverte significativement plus élevée avec des cellules MG-63 ostéoblastiques. Les images au microscope électronique à balayage (MEB) ont confirmé les résultats concernant la croissance des cellules bactériennes et ostéoblastiques. Ces résultats montrent un effet synergique potentiel en combinant le sélénium et l'argent avec des nanotubes de titane.

L'infection articulaire périprothétique (IPM) reste l'une des complications les plus difficiles après une arthroplastie totale des articulations (ATJ), avec un impact dramatique sur la morbidité et la mortalité des patients ainsi qu'un fardeau socio-économique pour le système de santé publique1,2,3. ,4,5,6.

En raison de l’augmentation continue de la résistance aux antibiotiques, de nombreux efforts ont été déployés pour trouver de nouvelles approches thérapeutiques antimicrobiennes7. La formation de nanotubes de dioxyde de titane (TiO2) (TNT) a déjà attiré l'attention en raison de leur potentiel antibactérien et ostéointégrateur sur les surfaces orthopédiques8,9,10. Il a été proposé que le TNT réduise les bactéries présentes sur les surfaces en titane en inhibant l'adhésion bactérienne. Ceci peut être obtenu grâce à une hydrophilie plus élevée et à une agglomération altérée des cellules bactériennes en raison de la structure tubulaire du TNT11. Une autre option consiste à appliquer un revêtement aux propriétés bactéricides sur la surface de l’implant. L'utilisation d'ions bactériens tueurs comme l'argent12,13,14,15,16, le zinc17 ou le sélénium18,19,20,21,22 a été étudiée et des implants recouverts d'argent sont déjà disponibles dans le commerce. De plus, contrairement au mécanisme antibactérien du TNT, ces métaux tuent les cellules bactériennes par libération d’ions10. Cet effet peut être augmenté en utilisant des nanoparticules de ces métaux10. De plus, il a été démontré que l’utilisation du TNT améliore le potentiel ostéogénique23, ce qui pourrait également être rapporté pour le sélénium21,24. Cependant, certaines preuves suggèrent que les composés d’argent pourraient influencer négativement l’ostéogenèse en raison de leurs effets cytotoxiques25. Ainsi, même si certaines études rétrospectives pourraient montrer une diminution de l’IPJ chez les patients à haut risque, il n’existe pas suffisamment de preuves à l’heure actuelle pour soutenir l’utilisation globale des ions argent chez les patients soumis à une arthroplastie régulière26. Une étude menée par Holinka et al.27 a révélé une diminution de la croissance des cellules bactériennes et de la formation de biofilms de Staphylococcus aureus et Staphylococcus epidermidis (S. epidermidis) lorsque le sélénium est utilisé. Cependant, l’utilisation de mécanismes de dopage/trempage pour incorporer du sélénium sur la surface nanostructurée rend le dépôt de sélénium moins contrôlable. L'hydroxyapatite (HA) est l'un des additifs les plus couramment utilisés sur les implants sans ciment. Le minéral inorganique constitué d’un composé de calcium-phosphate-hydroxyde représente la référence en matière d’agents ostéoinducteurs.