Estudo do comportamento celular e bacteriano sobre PEEK sulfonado (sPEEK) com agentes antibiofilme

Abstract

O Poli-éter-éter-cetona (PEEK) representa atualmente uma alternativa na implantodontia para a fabricação de implantes, abutments e cicatrizadores, devido à sua biocompatibilidade e baixo módulo de elasticidade em relação ao titânio. O PEEK, através do processo de sulfonação (sPEEK), permite gerar uma nanoestrutura em 3D, com a possibilidade de incorporação de agentes antibiofilme. Com intuito de melhorar sua relação com o meio bucal e atingir uma superfície bioativa com propriedades antimicrobianas e biocompativeis. O objetivo deste estudo foi analisar a comportamento bacteriano (Streptococcus mutans) e celular (Fibroblastos L929) sobre PEEK, sPEEK e sPEEK/agentes antibiofilme (Lactonas L1, L2, L1-2 e Furanona C30). As amostras de PEEK foram funcionalizadas por tratamento com ácido sulfúrico (98%) e dissolvidas em Dimetilsulfóxido (DMSO) para incorporação dos agentes antibiofilme. O grau de sulfonação (DS) e a incorporação dos compostos foram caracterizados quimicamente por Análise Termogravimétrica (TGA), Ressonância Magnética Nuclear (1H-NMR), Espectroscopia de Infravermelho com Transformada de Fourier (FTIR) e Espectroscopia de Energia Dispersa (EDS). A análise de superfície foi realizada através de Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV), ângulo de contato, perfilometria e Microscopia de Força Atômica (AFM). O comportamento bacteriano na presença do polímero modificado foi avaliado (4 e 14 h) através de crescimento planctônico, Unidades Formadoras de Colônia (UFC.mL-1), viabilidade bacteriana (baclightTM/bacterial®), formação de biofilme através de MEV e microscopia confocal. A atividade metabólica de fibroblastos na presença do polímero modificado foi analisada por MTS, ensaio de proliferação celular (Quant-iT PicoGreen®dsDNA) durante 1, 3 e 7 dias, e a morfologia celular foi avaliada por MEV. Os resultados foram analisados estatisticamente por Análise de Variância (ANOVA, p<0,05). O grau de sulfonação (DS) de 65% foi determinado, e as curvas TGA, FTIR e EDS confirmaram a presença de SO3H, lactonas e furanona C30 na estrutura sPEEK. Os resultados da análise de superfície (ângulo de contato, perfilometria e AFM) da sPEEK/agentes antimicrobianos não mostraram diferença estatística entre os grupos. Os resultados da atividade antimicrobiana indicaram uma inibição na formação de biofilme na superfície modificada com agentes antimicrobianos (PEEK, sPEEK. sPEEK/L1, L1-2, L2, F40 e F10), e ensaios de citotoxicidade mostraram que sPEEK não é citotóxico, e que a superfície modificada (sPEEK/L1-2) pode estimular o crescimento de fibroblastos. O conjunto de resultados indica que os materiais desenvolvidos (sPEEK/agentes antibiofilme) têm o potencial para ser usados em aplicações biomédicas.

Abstract : Poly-ether-ether-ketone (PEEK) in being extensively used in implantology, implant manufacture, abutments and healing caps. Modification of PEEK, through the sulfonation process (sPEEK), allows the generation of a 3D nanostructure, making it possible to incorporate antibiofilm agents to this polymer, thus improving its interaction with the oral environment through a bioactive surface with antimicrobial and biological properties. The objective of this study was to analyze bacterial (Streptococcus mutans) and cellular (fibroblasts L929) behavior on PEEK, sPEEK and sPEEK funcionalized with antibiofilm agents (lactones L1, L2, L1-2 and furanone C30). PEEK samples were functionalized by treatment with sulfuric acid (98%) and dissolved in dimethylsulfoxide (DMSO®, Synth, Brazil) for incorporation of the antibiofilm agents. The Degree of Sulfonation (DS) and incorporation of the compounds were chemically characterized by Thermogravimetric Analysis (TGA), Nuclear Magnetic Resonance (1H-NMR), Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR) and Dispersed Energy Spectroscopy (EDS). Surface analysis was performed through Scanning Electron Microscopy (SEM), contact angle, profilometry and Atomic Force Microscopy (AFM). Bacterial behavior in the presence of the modified polymer was evaluated (4 and 14 h) through planktonic growth and biofilm formation by Colony Forming Units (CFU.mL-1), bacterial viability (baclightTM/bacterial®), SEM and confocal microscopy. Metabolic activity of fibroblasts in the presence of the modified polymer was analyzed (1, 3 and 7 days) by MTS, cell proliferation assay (Quant-iT PicoGreen®dsDNA) and cell morphology was assessed by SEM. Results were statistically analyzed by one-way analysis of variance (ANOVA, p<0.05). A degree of sulfonation (DS) of 65% was determined, and the TGA, FTIR and EDS curves confirmed the presence of SO3H, lactones and furanone C30 in the sPEEK structure. Results of surface analysis (contact angle, profilometry and AFM) of the modified sPEEK showed no statistical difference between groups. Antimicrobial activity results indicated an inhibition of biofilm formation on the surface modified with antimicrobial agents (PEEK, sPEEK. sPEEK/,L1, L1-2, L2, F40 and F10), and cytotoxicity assays showed that sPEEK is not only not cytotoxic but also that the modified surface (sPEEK/L1-2) stimulates fibroblasts growth, indicating that the sPEEK functionalized with antibiofilm agents has the potential to be used for biomedical applications.