Produção, caracterização e avaliação da citotoxicidade de poli-éter-éter-cetona sulfonado para aplicação em implantodontia

Abstract

A sulfonação de PEEK tem sido estudada para aumento da bioatividade do polímero e incorporação de agentes antimicrobianos. Dados acerca da citotoxicidade após a funcionalização do polímero com subsequente diluição em DMSO são inexistentes na literatura, bem como informações sobre a caracterização da deposição de filmes de SPEEK na superfície de PEEK. O objetivo desse trabalho é produzir e caracterizar o poli-éter-éter-cetona sulfonado (SPEEK) para aplicação em Implantodontia. PEEK foi diluído em ácido sulfúrico 98% durante 1h e 1h30min (SPEEK-1 e SPEEK-2) a 50 oC, com subsequente diluição em dimetilsulfóxido (DMSO: SPEEK/DMSO; SPEEK/DMSO-1 e -2) ou dimetilformamida (DMF: SPEEK/DMF). Nas barras de PEEK depositaram-se filmes de SPEEK/DMSO e SPEEK/DMF. A caracterização foi realizada por termogravimetria (TGA), Ressonância Magnética Nuclear (RMN), Espectroscopia de Infravermelho por Transformada de Fourier (FTIR), difração de raios-X (DRX), ângulo de contato, perfilometria e microscopia eletrônica de varredura (MEV). A citotoxicidade foi avaliada com fibroblastos L929 (MTS, PicoGreen e adesão celular, de acordo com a ISO 10993-5). As análises TGA e RMN não demonstraram diferença estatística entre o grau de sulfonação de SPEEK-1 e SPEEK-2 (p>0,05). FTIR confirmou as mudanças que ocorreram em cada etapa de produção das amostras e evidenciou que após a lavagem com PBS, SPEEK/DMSO-2 mudou bruscamente seu espectro. A superfície de PEEK demonstrou-se mais rugosa e hidrofílica que as de SPEEK/DMSO-1 e -2. Não houve citotoxicidade para SPEEK/DMSO-1 e -2, mas o material não estimulou a atividade metabólica e reduziu a proliferação celular. A semi-cristalinidade de PEEK, PEEK+SPEEK/DMF e PEEK+SPEEK/DMSO foi confirmada por DRX, sendo que mudanças mais significativas foram observadas quando SPEEK/DMF foi depositado na superfície de PEEK. Quando SPEEK/DMSO foi utilizado, obteve-se uma superfície mais regular e hidrofóbica. Uma hora de sulfonação foi suficiente para obtenção de amostras com propriedades físico-químicas e biológicas interessantes. Sugere-se que o solvente DMSO seja mais apropriado para diluição de SPEEK para aplicações biomédicas. O desempenho biológico de SPEEK/DMSO-1 e -2 interferiu na atividade metabólica e na proliferação celular, resultando em limitada citocompatibilidade. Contudo melhorias no processo de produção das amostras podem ser realizadas para obtenção de um material promissor em Implantodontia.

Abstract : Poly-ether-ether-ketone sulphonation has been studied aiming increase of bioactivity and incorporation of antibiofilm compounds. Information about cytotoxicity after polymer sulphonation with subsequent DMSO dissolution is not available in literature, as well as data about SPEEK films deposition at PEEK surface. The aim of the present paper is to produce and characterize sulfonated PEEK (SPEEK) for application in Implant Dentistry. PEEK was functionalized through sulfonation process using sulfuric acid 98% during 1 and 1.5 hour (SPEEK-1 and SPEEK-2 respectively), at 50 oC. Then, SPEEK was diluted in DMSO (SPEEK/DMSO; SPEEK/DMSO-1 and -2) or DMF (SPEEK/DMF). At PEEK bars it was deposited SPEEK/DMSO and SPEEK/DMF films. Characterization was realized through TGA, NMR, XRD, contact angle, roughness and SEM. Cytotoxicity evaluation was performed at 1, 3 and 7 days with fibroblasts L929 (MTS, PicoGreen and cellular adhesion, according to ISO 10993-5). TGA and NMR analysis have not shown statistical significant difference between sulfonation degree of SPEEK-1 and -2 (p>0,05). FTIR analysis confirmed physicochemical changes that occurred at each step of sample production and after PBS rinsing and SPEEK/DMSO-2 has abruptly changed FTIR spectra signals. SPEEK/DMSO-1 and -2 have not shown cytotoxicity, however it did not increased cell metabolic activity and it has reduced cellular proliferation. The semi-crystallinity of PEEK, PEEK+SPEEK/DMSO and PEEK+SPEEK/DMF was confirmed through XRD analysis. More profound structural changes were observed when SPEEK/DMF was drop-casted at PEEK surface. PEEK surface was more rough and hydrophilic than SPEEK/DMSO-1 and -2. SPEEK/DMSO drop casted at PEEK surface provided a more regular and hydrophobic surface, compared to PEEK and PEEK+SPEEK/DMF. Being so, it is suggested that DMSO solvent is more appropriate for SPEEK dilution for future biological applications, specifically as PEEK coating. Sulphonation process realized in 1 hour was enough to obtain SPEEK samples with interesting physicochemical properties. The biological performance of SPEEK/DMSO exhibited a limited cytocompatibility, but with the improvement of the final synthesis process it is possible to obtain a promising biomaterial for dentistry applications.