Elaboración de filamentos para impresión 3d de polieteretercetona (peek) modificados con nanopartículas de cobre y evaluación in vitro de sus propiedades antibacterianas

Abstract

Cuando existe pérdida ósea debido a tumores benignos o malignos, osteomielitis, traumatismos u osteonecrosis, se utilizan prótesis para reemplazar el tejido afectado. Los materiales protésicos tradicionales como el titanio y el acrílico presentan ciertas limitaciones. Recientemente, el polieteretercetona (PEEK), un polímero termoplástico biocompatible y resistente, ha ganado atención por su alta estabilidad mecánica y compatibilidad con tecnologías de manufactura digital, como CAD/CAM e impresión 3D. No obstante, un problema recurrente en las prótesis es el riesgo de infecciones, que conlleva complicaciones clínicas y económicas significativas. Para abordar esta limitación, el presente estudio evaluó la incorporación de nanopartículas de cobre (nCu) al PEEK, con el propósito de producir filamentos nanocompósitos de PEEK para impresión 3D con propiedades antimicrobianas, mecánicas y citocompatibles. Se elaboraron filamentos de PEEK modificados con distintas concentraciones de nCu (0,5 %, 1 %, 5 % y 10 %) mediante un proceso de extrusión fundido. Los filamentos fueron caracterizados estructural y composicionalmente mediante microscopía electrónica de barrido (SEM), espectroscopia de energía dispersiva de rayos X (EDX) y espectroscopia infrarroja por transformada de Fourier (FTIR). Además, se evaluaron sus propiedades mecánicas, rugosidad superficial, liberación de iones, viabilidad celular y actividad antimicrobiana frente a la bacteria Aggregatibacter actinomycetemcomitans (A. actinomycetemcomitans). Los filamentos de PEEK con 10 % de nCu presentaron la mayor actividad antimicrobiana en su superficie, logrando inhibir hasta el 85,6% de las bacterias, sin afectar significativamente la estructura molecular del polímero base. Además, se observó una liberación sostenida de iones de cobre durante 21 días. Los resultados también mostraron que los filamentos de PEEK modificados con nCu mantuvieron la citompatibilidad con células preosteoblásticas y las propiedades mecánicas del PEEK puro, lo cual confirma la citocompatibilidad de las formulaciones y asegura las propiedades mecánicas requeridas para filamentos de impresión 3D y para materiales protésicos. En conclusión, en este trabajo fue posible preparar filamentos de PEEK modificados con nCu para impresión 3D, logrando una estructura estable y una distribución homogénea de las nanopartículas. Los filamentos nanocompósitos demostraron propiedades antimicrobianas sin comprometer la citocompatibilidad de este material, ofreciendo una alternativa prometedora para la elaboración de prótesis de reconstrucción maxilofacial y aditamentos de PEEK con propiedades antimicrobianas tendientes a reducir los riesgos de infección en este tipo de tratamientos.