Caratterizzazione dell'adsorbimento di fibronectina e competizione con albumina su superfici in titanio per impianti ossei = Characterization of fibronectin adsorption and competition with albumin on titanium surfaces for bone implants

In campo medico, la risposta del corpo umano ai materiali impiantati è guidata dalle prime reazioni che intercorrono sulla superficie dell’impianto e che riguardano l’adsorbimento di proteine dai fluidi biologici come il sangue. Per i biomateriali impiantati in vivo, il layer proteico che si adsorbe sulla superficie dell’impianto costituisce l’interfaccia informazionale tra la cellula e il biomateriale ed è responsabile dell’attivazione di pathway metabolici che possono portare ad una buona integrazione o a reazioni avverse che sfociano in infiammazione cronica e fallimento dell’impianto. Fra le proteine che intervengono in questo processo, la fibronectina svolge un ruolo fondamentale nel guidare l’adesione cellulare grazie al legame che forma con le integrine di membrana. L’albumina è la proteina più abbondante nel plasma sanguigno, con proprietà di antiadesione cellulare utili nel modulare la risposta infiammatoria. Tra i materiali impiantati per sostituzione ossea, il titanio ha assunto particolare importanza. La grande biocompatibilità, dovuta alla formazione spontanea in aria e in ambiente acquoso di uno strato di ossido superficiale passivante, rende questo materiale la scelta d’elezione per qualsiasi dispositivo medico impiantabile per il quale siano necessarie le proprietà meccaniche di un metallo e sono richieste biostabilità e assenza di rischi biologici. Per queste ragioni in questo studio si è voluto caratterizzare l’adsorbimento di queste due proteine a concentrazioni simil fisiologiche su tre superfici: titanio puro, lega Ti-6Al-4V, lega Ti-6Al-4V trattata chimicamente per far crescere uno strato d’ossido nanoporoso sulla superficie per facilitare l’osteointegrazione e ridurre la facilità di formazione del biofilm. In particolare, si è indagato l’adsorbimento di fibronectina tramite diverse tecniche che permettono di valutare: la presenza della proteina (XPS, ATR-FTIR, SERS e misure in fluorescenza di proteine marcate); la stabilità del legame con la superficie e la conformazione assunta dalla proteina adsorbita (misure del potenziale zeta); la distribuzione della proteina sulla superficie e formazione di layer continui o cluster superficiali (KPFM). Le misure di potenziale zeta e in fluorescenza sono state poi usate per valutare la competizione tra la fibronectina e l’albumina nel processo di adsorbimento. Sono stati eseguiti un adsorbimento sequenziale di proteine (prima una poi l’altra e viceversa) e un adsorbimento competitivo contemporaneo. Infine, è stato condotto uno studio di bioattività in vitro sulla lega di titanio trattata chimicamente, di cui si conosce già la bioattività (precipitazione in vitro di idrossiapatite) da studi precedenti, cercando di mimare al meglio l’ambiente fisiologico tramite l’aggiunta di albumina alla soluzione che simula i componenti inorganici del plasma umano. I campioni sono stati osservati al FESEM per individuare l’eventuale presenza di idrossiapatite ed è stato valutato il rilascio di ioni metallici in soluzione durante l’incubazione tramite ICP-MS. I risultati mostrano come l’adsorbimento dipenda dal tipo di substrato, con la lega trattata chimicamente che adsorbe più proteina, e gli adsorbimenti sequenziali sembrerebbero risultare dominati dalla prima proteina che viene a contatto con la superficie, sia essa fibronectina o albumina, e che limita successivi adsorbimenti. Inoltre, la presenza di albumina in soluzione sembra inibire la crescita del deposito di apatite sul campione.