UNIVERSIDAD DE SEVILLA
FACULTAD DE ODONTOLOGÍA
Depa amen o de Es oma ología
CÓMO AFECTA LA MICROESTRUCTURA
SUPERFICIAL DEL IMPLANTE A LA CAPACIDAD DE
OSEOINTEGRACIÓN: REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA
Dulce Ma ía Bellido C espo
TRABAJO FIN DE GRADO DE ODONTOLOGÍA
Cu so 2017-2018
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A mi amilia, a Manuel y a mis compañe os,
g acias po acompaña me en es e iaje inespe ado.
A mi u o , el D Ped o Bullón, g acias po su paciencia.
“La humildad es el mo o del sabe . Casi siemp e los sabios son muy
humildes, no dejan nunca pasa de la go la ocasión de cu a se de la
a ogancia o del an asma de la omnipo encia.” (Cha les Pépin)
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ÍNDICE DE CONTENIDOS
RESUMEN…………………………………………………………………………….......pgn:1
INTRODUCCIÓN……..………………………………………………………….............pgn:2
1-Oseoin eg ación………………………………………………………...…….............pgn:2
2-Ti anio……………….………………………………………………..………............pgn:3
3-Diseño………………….……………………………………………….......................pgn:4
OBJETIVOS…………..…….…………………………………………………………….pgn:7
MATERIAL Y MÉTODOS…..……………………………………………………………pgn:8
RESULTADOS Y DISCUSIÓN………….……………………………………..................pgn:9
1-P opiedades bioac i as del i anio………………………………………..……........pgn:9
1.1. Topog a ía………………………………………………………………………..pgn:9
a) Mac o opog a ía………………………………………………………….........pgn:11
b) Mic o opog a ía………………………………………………………………..pgn:11
c) Nano opog a ía………………………………………………………………....pgn:12
1.2. Humec abilidad………………………………………………………………...pgn:14
1.3. Química……………………………………………………………………........pgn:16
2-La supe icie biomimé ica..………………………………………………………...pgn:16
3-E ec o siné gico de las p opiedades bioac i as……………………………………pgn:16
4-T a amien os supe iciales…………………………………………………............pgn:18
4.1. Mecánicos……………………………………………………………...…..........pgn:18
4.2. Químicos…………………………………………………………………...........pgn:18
4.3. Físicos……………………………………………………………………...........pgn:20
CONCLUSIONES...………………………………………………………………..........pgn:23
BIBLIOGRAFÍA...……………………………………………………………………....pgn:24
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RESUMEN
In oducción: el éxi o del implan e den al depende en g an medida de las ca ac e ís icas
químicas, ísicas, mecánicas y opog á icas de su supe icie; ya que de e minan la ac i idad
de las células que se adhie en a la supe icie del implan e. Po an o, la composición química,
humec abilidad, geome ía, opog a ía, ugosidad, ene gía supe icial, nanoes uc u as y el
ecub imien o con ma e iales bioac i os ienen un impac o sus ancial en la asa y calidad del
p oceso de oseoin eg ación.
Me odología: Se ealizan 2 búsquedas median e la base de da os de MedLine con el mo o de
búsqueda Pubmed. Se ob u ie on 87 y 25 esul ados una ez aplicados los lími es de inclusión
y exclusión; inalmen e seleccionamos seleccionamos 29 a ículos.
Resul ados y conclusiones: la humec abilidad, la química, la opog a ía y la combinación de
es as p opiedades de e minan la calidad y g ado de os eoin eg ación. Valo es mode ados de
hid o ilia (30◦-60◦) y ugosidad (Sa=1-2µm) a o ecen la oseoin eg ación pe o aún
desconocemos los mecanismos biológicos subyacen es. La in es igación ac ual sigue los
en oques biomimé icos: imi a la con igu ación 3D de la supe icie ósea.
Palab as cla e: Oseoin eg ación, Implan e den al, Supe icie, Diseño
ABSTRACT
In oduc ion: The success o a den al implan is highly dependen on i s chemical, physical,
mechanical, and opog aphic cha ac e is ics o i s su ace; because hey de e mine he ac i i y
o he a ached cells ha a e close o he den al implan su ace. The e o e, he chemical
composi ion, we abili y, geome y, opog aphy, oughness, su ace ene gy, nanos uc u es
and he coa ing wi h bioac i e ma e ials ha e a subs an ial impac on he a e and quali y o
he osseoin eg a ion p ocess.
Me hodology: we pe o med 2 se aches using he MedLine da abase wi h he Pubmed sea ch
engine. We ob ained 87 and 25 esul s once we applied he inclusion and exclusion limi s; and
inally we selec 29 a icles.
Resul s and conclusions: We abili y, chemis y, opog aphy and he combina ion o hese
p ope ies de e mine he quali y and deg ee o osseoin eg a ion. Mode a e alues o
hyd ophilici y (30◦-60◦) and oughness (Sa = 1-2 µm) a o osseoin eg a ion bu we s ill don´
know he unde lying biological mechanisms. Cu en esea ch ollows biomime ic
app oaches: imi a e he 3D con igu a ion o he bone su ace.
Keywo ds: Osseoin eg a ion, Den al implan , Su ace, Design

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INTRODUCCIÓN
Oseoin eg ación
La usión del hueso al i anio ue desc i a en 1940 po Bo he1, más a de ue Le en hal2 quien
demos ó que el i anio no causaba eacción isula y que se i ía en el u u o como un me al
ideal pa a las p ó esis. T as un iempo conside able, en 1969, el cien í ico sueco B ånema k
acuñó el é mino oseoin eg ación 3-4-5-6: “ o mación de una in e az di ec a en e implan e y
hueso sin in e posición de ejido blando a ni el de la mic oscopía óp ica” y el cien í ico suizo
And é Sch oede lo demos ó his ológicamen e desc ibiéndolo como “anquilosis uncional”;
sin in e ención del ejido conec i o en e el hueso y la supe icie del implan e7. Za b &
Alb ek sson lo desc ibie on como "un p oceso po el cual se log a y man iene la ijación
ígida, clínicamen e asin omá ica, de ma e iales aloplás icos en el hueso du an e la ca ga
uncional”8. Dicha usión uncional y es uc u al de la supe icie del implan e con el hueso
ci cundan e juga á un papel c ucial en la longe idad y unción de la u u a p ó esis9.
Du an e la cica ización ósea ocu en una se ie de e en os biológicos:
1-Abso ción de p o eínas: los os eoblas os equie en in e acciones especí icas pa a adhe i se,
p oli e a y di e encia se, las cuales se de inen po el núme o y ipo de p o eínas adso bidas
que a su ez dependen de la na u aleza isicoquímica y opog á ica de la supe icie del
implan e10-11-12-13. De modo que las ca ac e ís icas supe iciales pueden inhibi la adso ción de
p o eínas que acili an la mig ación de células que desencadenan la ib oin eg ación.
2-In e acción celula-p o eína: Los si ios donan es de elec ones en la supe icie del
os eoblas o in e ac úan con los si ios acep o es de elec ones en la supe icie del óxido de
i anio, lo que esul a en la adhesión y di e enciación de los os eoblas os14-15. La adhesión
celula en e el hueso y la supe icie del implan e es el e en o biológico más impo an e y es á
mediado po in eg inas de memb ana y p o eínas ci oplásmicas que unen la ma iz
ex acelula al ci oesquele o16. Las adhesiones ocales (es uc u as dinámicas mul ip o eicas
que median la adhe encia de la célula al sus a o ó ma iz ex acelula ) egulan la adhesión,
mig ación, p oli e ación, di e enciación y apop osis celula 16. La in e az abso be luido
isula y p o eínas de unión celula , pe mi iendo se sus i uída po hueso ecién o mado y una
capa de cemen o ico en p o eínas no colágenas, que se á esponsable de la unión biológica
del hueso a la supe icie de i anio, pe o pa a ello, necesi a es abiliza se median e el bloqueo
mecánico9. En gene al, la adhesión celula es á mediada po a ios mecanismos14-16:
-In e acciones especí icas en e los ecep o es de la supe icie celula y las moléculas
especí icas del ligando que son abso bidas, deposi adas o sec e adas sob e el bioma e ial;
-Fue zas no explíci as como Van de Waal y ue zas elec os á icas;
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-Anclaje mecánico a las es uc u as mic o y nano opog á icas de la supe icie del implan e.
Las células in e ac úan con la capa p o eica ubicada en la supe icie del implan e pe o las
in e acciones biológicas son dic adas p incipalmen e po las ca ac e ís icas isicoquímicas del
implan e NO po la capa p o eica14. Ramaglia17 demos ó que los os eoblas os cambian la
exp esión de la in eg ina según la composición química y el g ado de ugosidad supe icial10.
3-Fo mación de una ma iz ósea p o isional. Dis inguimos 2 ipos de os eoin eg ación:
1) Os eogénesis de con ac o (Osbo n18), en la que se p oduce un con ac o p og esi o en e el
hueso neo o mado desde la pe i e ia del lecho has a la supe icie del implan e (ocu e en
supe icies mecanizadas, la ma iz p o isional no sopo a la mig ación de los os eoblas os);
2) Neo o mación ósea u os eogénesis a dis ancia (Da ies19) donde los os eoblas os mig an a la
supe icie del implan e a a és del andamio de ib ina y o man hueso nue o desde el
implan e has a las pa edes del lecho (ocu e en supe icies os eoconduc i as, sopo an la
mig ación de os eoblas os al implan e po que la ue za de adhesión de ib ina es mayo )10.
La implan ología ha a anzado a pasos agigan ados a lo la go de a ias décadas, siendo la base
de múl iples p ocedimien os de ehabili ación o opédica y den al, que han pe mi ido
es ablece unción y es é ica y, po an o, mejo a la calidad de ida de millones de pe sonas3-
20-21. Las mejo as con inuas en el endimien o de los implan es den ales, ac ualmen e con
asas de éxi o supe io es al 95% a los 10 años, los han hecho una de las opciones más iables
pa a eemplaza los dien es pe didos y ha ampliado el pe il de pacien es candida o22-23-24. Sin
emba go, las asas de éxi o dis an de se ideales en pacien es cuyo hueso es á comp ome ido
po en e medades o po la edad. En ealidad, el éxi o de un implan e den al depende en g an
medida de las ca ac e ís icas químicas, ísicas, mecánicas y opog á icas de su supe icie;
ya que de e minan la ac i idad de las células que se adhie en a la supe icie del implan e
den al9-23. La p incipal ue za mo iz pa a los a ances en la ingenie ía de implan es se ha
cen ado en disminui o elimina el hia o en e colocación qui ú gica y ca ga uncional3-21.
La mejo a de los ma e iales implan ológicos (p incipalmen e de las supe icies de i anio) y la
e olución de los p o ocolos clínicos, no solo ha aco ado los iempos de a amien o sino que
ambién ha aumen ado las indicaciones clínicas de la e apia con implan es como en
pacien es con baja densidad ósea22.
Ti anio
La mayo ía de los implan es son de i anio pues se conside a un ma e ial excelen e debido a
su biocompa ibilidad y a sus p opiedades ísicas: es abilidad, esis encia y elas icidad. Al
con ac a con O2 se o ma en su supe icie una delgada capa pasi a de óxido de i anio que
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p o ege el ma e ial del medio ambien e y de la co osión25. Sin emba go, el hecho de que sea
ine e di icul a su in eg ación emp ana con los ejidos óseos ci cundan es, in luyendo a la go
plazo en la supe i encia de los implan es26-27.
Diseño
La al a de en oque secuencial y je á quico en el diseño de implan es desa ía a los ingenie os
biomédicos a abo da e ospec i amen e la in e acción de los pa áme os de diseño de o ma
obje i a (ins umen ación qui ú gica, geome ía a ni el mac o/mic o/nanomé ico)3-27.
El p oceso biológico, que según Da ies, es un componen e p incipal de la os eoin eg ación,
de e mina el esul ado exi oso o no de cualquie p ocedimien o implan ológico y la
es abilidad de la in e az hueso-implan e22-27-28; depende p incipalmen e de la in e elación de
los siguien es ac o es29-30-31.
1. Biocompa ibilidad del ma e ial del implan e
2. Na u aleza de la supe icie a ni el mic o/mac o/nano (diseño del implan e)
3. Es ado del lecho del implan e en un con ex o de salud y mo ológico (calidad ósea)
4. Técnica qui ú gica pe se
5. Fase de cu ación en eposo (no pe u bada)
6. Condiciones de ca ga
El diseño de la supe icie del implan e puede con ibui a una os eoin eg ación exi osa (o
alla) de los implan es den ales según como in luya en la cu ación emp ana; pues a ec a a la
mo ología y di e enciación celula 25-32-33. La os eoin eg ación ápida y emp ana se asocia
con el éxi o a la go plazo del implan e34-35-36-37. Las p o eínas, la sang e, las células inmunes y
las células os eop ogeni o as in e ac úan con el bioma e ial, a ec ando inalmen e a la
os eoin eg ación del implan e (Claes38). Po an o, la composición química, humec abilidad,
geome ía, opog a ía supe icial, ugosidad, ene gía supe icial, nanoes uc u as y el
ecub imien o con ma e iales bioac i os ienen un impac o sus ancial en la asa y calidad
del p oceso de oseoin eg ación ya que a ec an a la adhesión, p oli e ación, di e enciación y
mig ación celula , po an o, in luyen en la cu ación endoósea pe iimplan a ia39-40-41.
Las ca ac e ís icas supe iciales o opog a ía del implan e se puede ca ac e iza :
-A ni el mac oscópico: aba ca desde milíme os a mic ome os. Incluye el diseño y
geome ía del implan e (más la gos y g andes), mac opo os, la o ma de la osca (más
p o undas) y la dis ancia de paso de osca (más pequeñas) son undamen ales pa a da
es abilidad a los implan es de modo que se maximicen las ensiones a o ables y se
minimicen las ensiones indeseables a lo la go de la in e az hueso-implan e42.
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-A ni el mic oscópico: ango desde 1-10µm. El ecub imien o de la supe icie del implan e
(incluye la ugosidad supe icial), c ea un mic oambien e que puede modula la mig ación,
di e enciación, adhe encia y unción de las células, o mación y mine alización de la ma iz
ex acelula , pe o es á in oluc ado indi ec amen e en el p oceso de os eoin eg ación42-43-44.
Las ca ac e ís icas de la supe icie a escala mac o y mic omé ica son e icien es en la mejo a
de e en os biológicos pe o solo ienen una in luencia indi ec a en la ac i idad celula , po lo
que sus acciones y endimien os son limi ados.
-Hoy en día, la mejo a de la ac i idad de los os eoblas os en la in e az hueso-implan e
depende de las ca ac e ís icas a ni el nano; aba ca desde 1-100nm. Tienen la capacidad de
induci la di e enciación de las células mad e a lo la go de la ía os eogénica, in luyen
di ec amen e en el endimien o biológico del implan e45-46-47-48-49.
Recien emen e, se ha in oducido en la ab icación de implan es el é mino "nano ecnología"
que ue acuñado en 1974 po No io Taniguchi (inspi ado po D Phillips Feynmaan): consis e
en la ciencia e ingenie ía in oluc adas en el diseño, sín esis, ca ac e ización y aplicación de
ma e iales y disposi i os cuya o ganización uncional más pequeña, en al menos una
dimensión, es á en escala nanomé ica (1-100nm)45-50-51. En los úl imos años, el in e és se ha
desplazado hacia la modi icación nanomé ica y química de la supe icie del implan e y su
impac o sob e la capacidad os eogénica.
Además, se in es iga la adición de moléculas bioac i as (ma e ial que iene un e ec o o que
p o oca una espues a del ejido i o) sob e el implan e8-52. Pa a p omo e la bioac i idad de
los implan es podemos inco po a a la supe icie ases o gánicas e ino gánicas den o o sob e
la capa de TiO2 median e: iones (Mg, Ca, N), moléculas ino gánicas (p incipalmen e os a o
cálcico) u o gánicas (pep idos, p o einas, enzimas, d ogas)22-53.
El hueso es un ejido je á quico complejo con di e en es ni eles es uc u ales: hueso co ical
y abecula a mac oescala, os eones ha e sianos y laminillas a mic oescala, c is ales de
hid oxiapa i a y ib as de colágeno a nanoescala. La mayo ía de los implan es disponibles
in en an imi a la es uc u a je á quica del hueso inco po ando algún ipo de modi icación
supe icial a escala mic o ó, más ecien emen e, una combinación de ca ac e ís icas
supe iciales a escala mic o y nanomé ica54-55-56.
Alb ek sson y Wenne be g57 di idie on la calidad supe icial del implan e en 3 ca ego ías:
i) p opiedades mecánicas, ii) p opiedades opog á icas, y iii) p opiedades isicoquímicas.
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os eocalcina (ma cado es de di e enciación de os eoblas os) en supe icies con alo es Ra=1-
2µm, en compa ación con supe icies con alo es Ra= 0 y 4µm79 (pa ecen se subóp imas
pa a los os eoblas os).
Además, la ugosidad óp ima es especí ica según el ma e ial y el a amien o supe icial 34.
La oseoin eg ación combina el c ecimien o óseo inicial y la emodelación ósea adap a i a a lo
la go del iempo. Sob e la hipó esis de la Ta Wol , la emodelación ósea se ac i a median e
una in e acción coope a i a en e células os eogénicas y os eoclás icas54. El p oceso de
os eogénesis po con ac o es simila al p oceso na u al de emodelación ósea, po an o, una
supe icie con mic o opog a ía que imi e la con igu ación 3D de la supe icie ósea
inmedia amen e as la eso ción os eoclás ica p omue e la o mación de hueso
pe iimplan a io y, inalmen e, su oseoin eg ación y el anclaje mecánico del implan e al hueso.
La in luencia de la ugosidad supe icial se ex iende más allá del ni el celula hacia el
mic oambien e median e la egulación de la in lamación y la emodelación ósea. En
supe icies mic o ex u izadas: las MSC p oducen meno es ni eles de ci oquinas
p oin lama o ias y mayo es de ci ocinas an iin lama o ias, se ele a la os eop o ege ina y
aumen a el TGF-β1 que es imula la sín esis de la ma iz ósea e inhibe los os eoclas os. El
es udio de Oli a es-Na a e e y Rodil80 sugie e que en supe icies mic o ugosas la subunidad
β1 econoce la ugosidad y las subunidades al a econocen la química supe icial39.
La exp esión génica es á in luenciada po la opog a ía supe icial: la mic o ugosidad e oca la
exp esión génica de os eopon ina, os eonec ina, sialop o eína ósea, colágeno III e in eg inas.
Los genes asociados con los p ocesos biológicamen e ele an es de egene ación,
os eogénesis, di e enciación de células mesenquimales, angiogénesis, neu ogénesis y la ía de
señalización Wn a ían en supe icies lisas y ugosas7-81.
1c. Nano opog a ía
Desde una pe spec i a de ab icación, muchas, si no odas, las écnicas disponibles pueden
u iliza se pa a modela supe icies con ca ac e ís icas a nanoescala3; aunque el mé odo
quimico es el más usado. Se pueden clasi ica en58: i) Mé odos ísicos ii) Mé odos químicos
iii) Deposición de nanopa ículas como sol-gel y Deposición c is alina disc e a; y i )
Li og a ía y Técnica de imp esión de con ac o.
Hemos a anzado a una nue a e apa con la in oducción del ni el nanomé ico, que aumen a
signi ica i amen e la espues a biológica, ya que ac o es de c ecimien o, p o eínas y células
in e ac úan a es e ni el3. La supe icie nanoes uc u ada es bioac i a, es deci , iene el
po encial de causa una eacción en el cue po i o, a di e encia del i anio que es un ma e ial
bioine e. La supe icie de TiO2 descompone las impu ezas o gánicas (mayo

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descon aminación cuan o meno escala) y la nano opog a ía aumen a la ac i idad biológica
debido al aumen o del á ea supe icial e ec i a75. Si la mic o opog a ía ac úa en la
os eoin eg ación a ni el celula , la nano opog a ía in luye en las in e acciones célula-implan e
a ni el celula y p o eico71 (a ec a a la adhesión, ex ensión, mo ilidad, p oli e ación,
selec i idad de adhesión y di e enciación de os eoblas os). Los cambios en la nano opog a ía
ansmi en sus e ec os a ni el ísico (al e an la ex u a, longi ud, escala y pa ón supe icial
del implan e), químico (con inamien o cuán ico: exhiben con igu aciones elec ónicas
sus ancialmen e di e en es) y biológico (cambia la in e acción de la supe icie con iones,
biomoléculas y células lo que a su ez in luye a o ablemen e en las ac i idades molecula es
y celula es que conducen a la oseoin eg ación)58. Al e a la adso ción de p o eínas, la
o mación de adhesión ocal y la espues a celula [Gi ens, Oli a es-Na a e e, Schwa z]39,
lo que esul a en una p omoción de la di e enciación, mig ación y p oli e ación celula , mayo
adhesión de células os eogénicas y inalmen e p omoción de la os eoin eg ación71. Das82 ha
demos ado que sob e supe icies nano ugosas mejo a la adhesión, p oli e ación, ac i idad de
la os a asa alcalina y mine alización de los os eoblas os.
Se desconoce si la os eogénesis es inducida di ec amen e po la opog a ía nanomé ica o
indi ec amen e po el sue o, p o eínas luidas adso bidas y/o po el aumen o de la ene gía
supe icial/humec abilidad inducido po la nano opog a ía. Lo más p obable es que odos
es os mecanismos ope en siné gicamen e p oduciendo un e ec o os eogénico14.
Ideas cla e de nano ecnología:
-Mejo a la p oli e ación celula y la di e enciación de los os eoblas os58. Di ige la
di e enciación de las células os eop ogeni o as hacia un eno ipo os eoblás ico y aumen a la
adhesión y di e enciación de MSC hacia una línea os eogénica14.
-Al e a las in e acciones p o eicas y celula es pues cambia la ene gía supe icial/humec ación.
-P omue e la p oli e ación, adhesión y mo ilidad celula (debido a la unción de las
in eg inas), aumen a la exp esión génica y acele a la di e enciación os eoblás ica58. In luye en
la na u aleza de la in e acción in eg ina-p o eína MEC y en la ac i idad celula 14. Gu wein y
Webs e 83 concluyen que las nanopa ículas suponen un impac o posi i o sob e la iabilidad y
p oli e ación de los os eoblas os.
-Disminuye la adhesión y p oli e ación bac e iana58. Mejo a y o alece la ba e a mucosa
pe iimplan a ia que e i a la colonización de pa upp ógenos22.
-Disminuye la adhesión de ib oblas os e sus os eoblas os (“selec i idad adhesión
celula ”)58.
Ven ajas de la nano ugosidad en implan es45:
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1. Aumen a el á ea supe icial del implan e adyacen e al hueso.
2. Mejo a la conexión de la célula a la supe icie del implan e.
3. Aumen a el hueso p esen e en la supe icie del implan e.
4. Mejo a la in e acción biomecánica del implan e con el hueso.
1.2-Humec abilidad supe icial:
La humec abilidad desc ibe la capacidad de un líquido pa a man ene el con ac o con una
supe icie sólida. Es á de e minada po un equilib io en e las ue zas adhesi as (hace que la
go a se ex ienda) y cohesi as (hace que la go a uede hacia a iba). La composición química y
el g ado de ugosidad de e minan la ene gía supe icial y, po lo an o, la humec abilidad14.
La humec abilidad con ola la abso ción p o eica y la o mación de un coágulo de sang e de
ib ina84, es imula la elocidad de ac i ación y di e enciación celula , induce una mayo
p opo ción de BMP2 y eje ce una espues a egene a i a ca ac e izada po una mayo
os eogénesis, angiogénesis y neu ogenia, po an o7, p o oca un aumen o del BIC y de la
ue za de unión de la in e az hueso-implan e. La ene gía y humec abilidad supe icial son los
p incipales esponsables de impulsa la adhesión celula 14 la cual se a ibuye a la secuencia
RGD de p o eínas ECM (como ib onec ina, i onec ina, colágeno ipo I, os eopon ina y
sialop o eína ósea). Debido a su hid o ilicidad, el i anio oxidado anódicamen e po encia la
adhesión celula y los eno ipos de os eoblas os75.
Las supe icies hid o ílicas man ienen la con o mación y unción p o eica71 y gene an una
espues a celula an iin lama o ia, mien as que las hid o óbicas desencadenan la
desna u alización p o eica y aumen an la sec eción de ac o es p oin lama o ios84.
La hid o ilia mejo a la in e acción en e los luidos co po ales y la supe icie del implan e,
aumen a la ciné ica de cica ización de he idas, p omue e la adhesión de ib ina (pa a la
mig ación de os eoblas os), y mejo a la adhesión de p o eínas y células p omo iendo una
mayo p oli e ación y di e enciación celula y po an o mayo os eogénesis65. En is a de sus
in e acciones con luidos biológicos, células y ejidos, las supe icies hid o ílicas son más
deseables que las hid o óbicas75 pe o las supe hid o ílicas pod ían es a en des en aja con
espec o a la adso ción de p o eínas sanguíneas73. Tan o la excesi a hid o ilia como la
hid o obia di icul an la abso ción p o eica, la cual media la in e acción de la supe icie del
implan e con células y ejido10.
La hid o obicidad es una ue za mo iz pa a la adhesión bac e iana (depende de las
p opiedades isicoquímicas del sus a o, de las cepas bac e ianas y de la solución acuosa
u ilizada): se p oduce mayo o mación de placa a pa i de ugosidad Sa > 0,2µm. En eo ía,
15!
!
es más p obable que las cepas bac e ianas hid ó obas se adhie an a bioma e iales con
p opiedades supe iciales hid ó obas, y las hid ó ilas a las supe icies hid ó ilas85.
La humec abilidad supe icial a ec a a ios aspec os del sis ema biológico: i) adhesión de
p o eínas y o as mac omoléculas a la supe icie; ii) in e acción de células con la supe icie;
iii) adhesión bac e iana y pos e io o mación de biopelículas; ) asa de oseoin eg ación.
In e acciones con sang e: según Wilson86 la ib onec ina adso bida po supe icies
hid o óbicas educe la unción de adhesión celula . De mane a simila , la abso ción de
colágeno ipo I y de i onec ina pueden es a in luídos po la humec abilidad.
In e acciones con células: la hid o ilicidad in luye en la adso ción de mediado es biológicos
y en espues as celula es como la adhesión, diseminación, p oli e ación y la di e enciación.
La conexión en e hid o ilicidad, acondicionamien o supe icial po p o eínas y adhesión
celula ue demos ada po Huang87. La hid o ilicidad iene un e ec o es imulan e sob e la
in eg ación de ejidos blandos y du os, p oduciendo una oseoin eg ación más emp ana y
es able que pod ía ex ende la cobe u a a pacien es comp ome idos y p omo e la salud a
la go plazo, p olongando la ida ú il del implan e85.
In luencia en las células: la o mación de un coágulo de sang e de ib ina si e como puen e
de andamiaje pa a la mig ación celula . En las supe icies hid ó ilas la espues a inmune es
mode ada y la ac i ación de omboci os es meno , de modo que acili a la in asión y
mo ilización del coágulo sanguíneo po pa e de las MSCs. Las supe icies hid ó ilas
p omue en mayo es asas de p oli e ación y mejo an la madu ación de los os eoblas os, la
p oducción de ac o es locales y la mine alización. Los que a inoci os y ib oblas os
esponden a la química, opog a ía y humec abilidad supe icial85.
El en oque más común pa a e alua la humec ación y ene gía supe icial es la “ écnica de
go a sésil”; consis e en coloca un líquido humec an e especí ico sob e la supe icie de i anio
y medi el ángulo de con ac o en e la angen e del líquido y la línea base ho izon al de la
mues a de i anio88. Es a écnica p opo ciona una medida in e sa de la humec abilidad14,
a ía desde 0∘ en supe icies muy hid o ílicas has a más de 90∘ en hid o óbicas71. Se puede
aplica ácilmen e a supe icies planas (Rupp88), pe o puede ep esen a un desa ío sob e
supe icies ugosas o á eas muy pequeñas como las oscas del implan e donde puede
con ibui a mediciones inexac as39. Es o e ue za la suposición de que la na u aleza
hid o óbica es causada po el ai e a apado den o de los mic opo os bajo las go as
deposi adas, pues gene a una in e ase ma e ial/ai e/líquido he e ogénea e hid o óbica. En
consecuencia, solo una pequeña po ción de la supe icie del implan e mic oes uc u ada e
hid ó oba puede humedece se du an e el con ac o inicial con la sang e73 (po ello la p o eína
16!
!
se acumula p e e en emen e en la pa e supe io de la opog a ía mien as que en la pa e
in e io se o man bolsas de ai e25).
1.3-Química supe icial
Según Bagno y Di Bello89: la ugosidad, composición y humec abilidad se al e an po la
modi icación química de supe icie. La adso ción de p o eínas y la adhesión celula dependen
de la química supe icial90, po an o es cla e en la os eoin eg ación. Las en ajas de c ea una
supe icie bioac i a median e a amien o químico son: Combina p opiedades mecánicas del
me al con la capacidad de unión al hueso de la ce ámica bioac i a y E i a el a amien o
supe icial con Ca-P pul e izado con plasma pa a mejo a la capacidad de ijación al hueso65.
2-La supe icie biomimé ica
El obje i o del nue o pa adigma es imi a los componen es o gánicos e ino gánicos del ejido
óseo p oduciendo supe icies bio uncionales que pe mi an29 mejo a la asas de éxi o clínico y
la elocidad de os eoin eg ación pa a los casos de ca ga inmedia a o emp ana91, es deci : 1º
op imiza la es abilidad del implan e, 2º mejo a la in eg ación isula pe iimplan a ia y 3º
educi la pe iimplan i is (adhesión bac e iana)71.
Los ecub imien os supe iciales bioac i os son en oques inno ado es que in en an imi a el
en o no bioquímico y la a qui ec u a nanoes uc u al del hueso humano71, gene ando
supe icies biomimé icas que pueden ene g andes bene icios pa a p o ocolos de ca ga
inmedia a o emp ana. Una supe icie que p opo cione una aposición ósea más ápida
pe mi i á mayo es abilidad del implan e y meno iesgo de allo10.
3-E ec os siné gicos de las p opiedades bioac i as
Humec abilidad-Topog a ía: El nue o pa adigma conside a los e ec os in e elacionados de la
opog a ía supe icial y la humec ación pues pod ían causa un e ec o siné gico en la
espues a de los os eoblas os: humec ación inducida po la ugosidad, e ec os siné gicos de
nanoes uc u ación e hid o ilicidad..73-92. La combinación de mic o ugosidad e hid o ilicidad
(simila a la del ejido na u al, biomimé ica) puede in e ac ua siné gicamen e c eando un
mic oambien e os eogénico y angiogénico adecuado pa a educi los iempos de cica ización
( esuel e ápidamen e la in lamación) y aumen a la os eoin eg ación (acele a la egene ación
isula po que aumen a la di e enciación de MSCs)84.
La humec abilidad supe icial iene un e ec o inmunomodulado mayo que la ugosidad84.
La combinación de nano ugosidad y humec abilidad juega un papel undamen al en las 1º
e apas de cu ación del implan e, in luye en el pe il de adso ción de p o eínas en la supe icie
y en la adhesión y cascada de cu ación celula esul an e (Gi ens, Scheidele 85,88). La
adso ción de ib inógeno y ib onec ina aumen a en supe icies combinadas mic o y
17!
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nano ugosas hid ó ilas, exis e una in e acción dinámica en e nano ugosidad e hid o ilicidad
en la espues a emp ana del implan e, de ahí la impo ancia del diseño en la espues a
biológica39.
Las supe icies mic o ugosas muy hid o óbicas mues an cie a analogía con las hojas de lo o,
mien as que las supe icies con mic o y nanoes uc u as je á quicas mues an el e ec o pé alo
(muy hid ó obo con ue es ue zas adhesi as, de modo que las go as de agua en an en los
su cos de mayo amaño del pé alo pe o no en los más pequeños). Ac ualmen e los enómenos
de humec ación obse ados en las supe icies de implan es de i anio no pueden basa se
únicamen e en el égimen de Cassie-Bax e y/o Wenzel. Es posible que solo la pa e supe io
de la p o ube ancia in e ac úe con la sang e y el es o a ape ai e.
1. Las supe icies hid o ílicas acili an las in e acciones iniciales en e supe icie y líquido.
2. La ugosidad supe icial in luye en la humec ación y en el p oceso de os eoin eg ación88.
Química-Topog a ía: independien emen e de la química; la di e enciación y madu ación
os eogénica mejo a en supe icies ugosas39. El e ec o siné gico de la uncionalización
química y la nanoes uc u a log a una p omoción máxima de la os einducción y acele a la
os eoin eg ación. La supe icie de i anio ecubie a con una capa de TiO2 ine e no in e ac úa
química ni biológicamen e con las células, po an o, necesi amos un mé odo e icien e pa a
ac i a la supe icie hacia la unión de células mad e93. Es un desa ío imi a las ca ac e ís icas
nanomé icas, especialmen e si debemos conside a la química además de la opog a ía73.
Topog a ía mic omé ica–Topog a ía nanomé ica: las células ienen dimensiones en una
escala mic omé ica pe o con ac an con la ma iz ex acelula que iene ca ac e ís icas
opog á icas y es uc u ales nanomé icas. Po lo an o, las nanoes uc u as que imi an el
en o no na u al, pod ían in e ac ua con las células a ni el molecula pa a con ola
e icazmen e los p ocesos de egene ación isula , como la adhesión celula , la p oli e ación o
la di e enciación73-94-95. Las ca ac e ís icas nano y mic o opog a icas ac úan siné gicamen e
p omocionando la oseoin eg ación. Kubo 96 a i ma que la adición de nanoes uc u as a la
mic o ugosidad es imula la p oli e ación y di e enciación de células os eoblás icas. La
mic o opog a ía iene impac o mecánico sob e la e ención y la nano opog a ía ac úa a ni el
celula p omo iendo: la abso ción de p o eínas, la adhesión de células os eoblás icas y el a io
de cu ación del ejido óseo en con ac o con la supe icie del implan e22.
La in es igación ac ual sigue los en oques biomimé icos, busca c ea nue os ma e iales
biocompa ibles con ca ac e ís icas nanoes uc u adas73. Las supe icies con ugosidad
je á quica ó mul iescala (mic o y nanomé ica) imi an al hueso (que ambién iene una

18!
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ugosidad je á quica), po an o, con ibuyen a una espues a biológica posi i a (os eocalcina,
os eop o ege ina y VEGF) (Gi ens, Oli a es-Na a e e, Schwa z97).
La p oli e ación celula depende de la mic o ugosidad supe icial, mien as que la
di e enciación os eoblás ica y la p oducción local de ac o es dependen an o de la
mic o ugosidad supe icial como del diáme o de las nano ib as (Wang98).
4-T a amien os supe iciales
Los a amien os supe iciales del implan e se pueden clasi ica en99:
Mé odos adi i os: añaden ma e iales a la supe icie, se clasi ican a su ez en e es imien o (si
son supe iciales) e imp egnación (si quedan in eg ados en el núcleo de i anio);
Técnicas de sus acción que eliminan o de o man plás icamen e la capa supe icial y
Técnicas combinadas como la anodización.
A su ez podemos clasi ica los a amien os en: mecánicos implican écnicas como
maquinado y g anallado, químicos que usan soluciones ácidas o alcalinas pa a al e a la
ugosidad, composición y humec abilidad o ene gía supe icial ó ísicos que mejo an la
es é ica y endimien o del ma e ial, como pul e ización de plasma y cho eado.
En es a e isión clasi ica emos los a amien os supe iciales del siguien e modo:
*P e- a amien o: ga an iza que la supe icie es é lib e de con aminación e impu ezas99.
4.1-T a amien os mecánicos:
1-Maquinado ó pulido: o iginalmen e desc i o po B anema k, la supe icie pa ece lisa pe o
mues a su cos y c es as supe iciales que apo an esis encia al encla amien o óseo100.
2-G anallado o Cho eado: es una de las écnicas más usadas22 y la más biocompa ible (apo a
g an iabilidad celula po que los es os supe iciales a o ecen la adhesión celula 25).
Consis e en p oyec a pa ículas p esu izadas (ma e iales ce ámicos, a ena, hid oxiapa i a,
alúmina o pa ículas de TiO2)101 sob e la supe icie del implan e99 a a és de un inyec o po
lujo de ai e a al a p esión. C ea una capa po osa modulable según la g anulome ía, elocidad
y p esión de las pa ículas que colisionan42 (deben se químicamen e es ables y
biocompa ibles22). Pe mi e la adhesión, p oli e ación, di e enciación y sín esis ma icial de
os eoblas os y cond oci os29.
4.2-T a amien os químicos:
1-G abado ácido: limpia la supe icie (elimina la con aminación) y c ea una ugosidad
homogénea99 (elimina pa e del óxido supe icial29), o mando una delgada ed de nanopozos
(20-100 nm)42 ó mic opozos (0,5-2 µm)22 que aumen a el á ea supe icial, mejo a el con ac o
hueso-implan e45 y la os eoin eg ación. Se suele usa un ácido ue e como el lúo híd ico
19!
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(HF), clo híd ico (HCl), ní ico (HNO3), sul ú ico (H2SO4) ó una combinación de ellos99.
Va ios pa áme os como la ugosidad, humec abilidad, opog a ía y el espeso de la capa de
óxido se pueden con ola modi icando la Ta, la du ación y la composición de la solución de
g abado45.
G abado ácido dual (DAE: Dual Acid E ching): usa ácidos secuencialmen e ó combinados, lo
más común99 es la inme sión du an e a ios minu os en una mezcla de ácidos sul u ico y
clo híd ico calen ados a 100ºC22. P omue e la os eoconducción100, mejo a la os eoin eg ación
emp ana29, aumen a el con ac o hueso-implan e y educe la eabso ción ósea.
Es mejo que un solo g abado po su al a composición, can idad y concen ación99.
G abado ácido y cho eado de a ena (SLA; Sandblas , La ge-G i y Acid E ching): cho ea la
supe icie con pa ículas de g an amaño99 (c ea mac o ugosidad óp ima pa a la ijación
mecánica22) y adicionalmen e g aba con ácido ue e a al a Ta (elimina esiduos supe iciales,
c ea i egula idades suplemen a ias29 y sua iza los picos agudos, ob eniendo una supe icie
mic o/nano opog á ica71 más uni o me, con un impo an e po encial biológico y celula 22, que
mejo a la adhesión celula ). Cho y Jung102 descub ie on que gene a amplias ca idades (5-20
µm) y mic opozos (0,5-3 µm), po an o aumen a la ugosidad y el á ea supe icial, mejo ando
así la in eg ación isula y la p oli e ación celula .
2-T a amien o alcalino: usa hid óxido de sodio o po asio seguido de a amien o é mico a
800ºC du an e 20 minu os y enjuague en agua des ilada. Gene a una capa supe icial de
i ana o de sodio nanoes uc u ada y bioac i a45.
3-T a amien o con luo u os: según Lamolle103 mejo a la biocompa ibilidad supe icial,
mien as que según Schade aumen a la e ención en el hueso po que o ma TiF4.
4-Mé odo de e es imien o sol-gel: deposi a compues os homogéneos de CaP, TiO2, TiO2-
CaP y e es imien os a base de sílice en la supe icie del implan e. La adhesión depende de
ac o es como la ugosidad, el p e a amien o químico y la Ta de sin e ización45.
5-Oxidación anódica (anodización po encios á ica ó gal anos á ica22): el ánodo ( i anio) y el
cá odo (lámina de pla ino ine e) se conec an median e cables de cob e a una uen e de
alimen ación y se sume gen en una solución de elec oli o. Pos e io men e, un ácido ue e
disuel e la capa de óxido c eando un pa ón que sigue las líneas con ec i as de la co ien e
gal ánica (po ello se conside a un mé odo combinado). Es a écnica gene a nano ubos cuyo
diáme o y sepa ación se con ola egulando ol aje y densidad. Según Fe ei a104 la
nanoes uc u a más adecuada de nano ubos iene un diáme o de 15 nm (o os au o es
conside an 30nm) que co esponde al espaciado la e al de los ecep o es de in eg ina en los
complejos FA (adhesión ocal)42. Gene a mic o/nano ugosidad, aumen a el g oso de la capa
20!
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de TiO2 de 5nm a 1mm o incluso más29, aumen a el a ea supe icial100, po encia el
c ecimien o de células os eoblás icas y limi a la p oli e ación de ib oblas os42.
Posee su icien e capacidad os eoconduc i a en si ios óseos comp ome idos71.
Depende de la densidad, la concen ación del ácido, la composición elec olí ica y de la Ta22.
4.3-T a amien os ísicos:
1-Implan ación iónica: consis e en acele a iones de al a ene gía en un campo eléc ico y
hace los impac a sob e el sus a o a una p o undidad de 1 µm99. Ven ajas: a) ul a limpio, b)
con ola ácilmen e la p o undidad y concen ación de impu ezas, c) excelen e adhe encia, d)
no a ec a a las p opiedades del sus a o, e) ácilmen e ep oducible y con olable45.
2-Pul e ización ca ódica (“spu e ing”): eyección de á omos o moléculas median e el
bomba deo de iones de al a ene gía que gene a una delgada película bioce ámica. P opo ciona
mayo adhesión en e e es imien o y sus a o, mejo a el endimien o an ibac e iano y mejo a
p opiedades mecánicas como el desgas e y la esis encia a la co osión, la ac i idad biológica
y la biocompa ibilidad. Incon enien es: muy len o y asa de deposición muy baja45.
3-Ablación lase : c ea una mic oes uc u a que apo a esis encia a la co osión, mayo g ado
de pu eza, du eza y espeso de la capa de óxido100. Sob e el cuello del implan e ac úa como
sello biológico: une ejido conec i o-hueso e inhibe el c ecimien o epi elial71.
4-Fo o uncionalización: mejo a la bioac i idad (p omue e la in e acción celula y p o eica
con el implan e a ni el molecula ), la oseoin eg ación (al e a la capa supe icial de dióxido de
i anio) y la os eoconduc i idad; además aumen a la ene gía supe icial y la humec abilidad71.
5-Supe icies de e es imien o median e pul e ización de plasma: p ime o se eliminan odos
los con aminan es supe iciales median e acío42 (p e a amien o pa a aumen a la ugosidad
supe icial99) y luego la ene gía ciné ica guía los iones me álicos ( undidos é micamen e99) a
la supe icie del implan e con un pa ón uni o me42. Puede ealiza se po adio ecuencia ó
po magne ón100. Gene a un delgado e es imien o nanopa iculado bioac i o que aumen a la
densidad de os eoblas os en la supe icie del implan e42 y el po cen aje de con ac o hueso
implan e (Ve caigne105). Des en ajas: composición y espeso no uni o mes, al a de
adhe encia a la go plazo (su desp endimien o puede supone un iesgo pa a la salud po la
oxicidad de los esiduos y puede a ec a a la es abilidad a la go plazo del implan e45).
Un ecub imien o ideal p esen a: mínima oxicidad y adecuada in eg idad mecánica y ciné ica
de libe ación. Los e es imien os combinados se pueden clasi ica po su obje i o biológico
inal: mejo a la in eg ación, educi la apa ición de in ección o ambos106.
Visión gene al de los e es imien os basada didác icamen e en el o den de apa ición71:
21!
!
i)Hid oxiapa i a: elemen o bioac i o; la capa de os a o cálcico (ce ámica) es g adualmen e
ans o mada en hid oxiapa i a que se á inco po ada en el desa ollo de hueso100. El obje i o
es usa un compues o biomimé ico con una composición química simila a la ase mine al del
hueso65. Ven ajas: al o po cen aje de BIC (según De G oo 107), e i a la encapsulación, educe
la libe ación de iones me álicos108, mejo a la aposición ósea pe iimplan a ia65 y la
os eoconduc i idad9 (puen e en e células os eogénicas e implan e29). Riesgos: adhesión
mic obiana (mic o il ación), ac u a ósea y allo del ecub imien o100 (log a e ención
mecánica sin enlaces químicos). También se pueden usa a amien os e moquímicos,
en ajas: p oduce os a o cálcico c is alino, meno capacidad de disolución, o ma enlaces
co alen es (e i a colonización bac e iana) y p esen a al a esis encia mecánica10.
ii)Fac o es de c ecimien o: las p o eínas mo ogené icas óseas (BMP) son libe adas po
os eoblas os, plaque as y células endo eliales y se deposi an en la ma iz ósea has a se
libe adas du an e la p epa ación del lecho implan a io, p omue en la di e enciación de
pe ici os en os eoblas os71, poseen p opiedades mi ogénicas y mo ogené icas que juegan un
papel impo an e en la egene ación ósea109 y en la oseoin eg ación en pacien es con hueso
comp ome ido65-110. En la hemos asia, las plaque as inician la ase in lama o ia libe ando:
ac o de c ecimien o de i ado de las plaque as (PDGF), ac o de c ecimien o ans o man e
be a (TGF-β) y ac o de c ecimien o ib oblás ico (FGF). Los mac ó agos inician la ase
p oli e a i a de la oseoin eg ación libe ando: VEGF ( ac o de c ecimien o endo elial
ascula ), PDGF y FGF71. El desa ío ac ual es libe a es os ac o es g adualmen e y no en una
sola dosis29; es posible que la e apia génica esuel a es e p oblema en el u u o65-111.
iii)Colágeno y o as p o eínas adhesi as: el uso de ecub imien os de moléculas de adhesión
como el Colágeno ipo I mejo a el BIC; sin emba go, el po cen aje c í ico de BIC necesa io
pa a ga an iza el éxi o del implan e aún no es á de inido, po an o, la mayo can idad de BIC
pod ía no se c ucial29. El diseño “in eligen e” de supe icies que con olen las in e acciones
p o eicas pe mi i á la adhesión celula y p opo ciona á una mejo y más ápida os eogénesis.
La ac i ación selec i a de los ecep o es de in eg ina pod ía uni p e e iblemen e las células
o mado as de hueso a la supe icie del implan e y aumen a el anclaje oseo65-109.
i )Pép idos: HBD (de ensinas be a humanas) ansmi en e ec os an ibac e ianos sob e los
bo des epi eliales, son biocompa ibles y p omue en la p oli e ación de os eoblas os y células
mad e mesenquimales. RGD ac úan como si io de unión pa a los ecep o es de in eg inas en
la adhesión y mig ación de células os eogénicas y según Schliephake112 gene a un g ado de
BIC signi ica i amen e más al o que los implan es mecanizados. La MEC p opo ciona una
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