Dentre as etapas pré-clinicas do desenvolvimento de uma nova superfície, os ensaios com cultura de células proporcionam um ambiente semelhante ao fisiológico com as vantagens de poder controlar fatores bioquímicos, determinar a citotoxicidade do material e a expressão fenotípica do tipo celular investigado (DELIGIANNI et al., 2001).
A interação das células e um biomaterial, ou biocompatibilidade, depende das propriedades de superfície do material, tais como a energia superficial (hidrofilicidade), textura, rugosidade e composição química. Estas propriedades determinam como as moléculas biológicas vão aderir à superfície e, mais particularmente, determinam a orientação das moléculas aderidas. Elas também determinam o comportamento celular no contato. A comparação do comportamento de diferentes tipos de células mostra que elas reagem
diferentemente de acordo com a energia superficial (hidrofilicidade ou molhabilidade), rugosidade e composição química das superfícies (KASEMO, 2002; STIEHLER et al., 2007; BOYAN et al. 2002).
O termo “adesão” no biomaterial engloba diferentes fenômenos: a fase de adsorção, a qual ocorre rapidamente e envolve pequenas ligações físico-químicas entre as células e o material, tais como ligações iônicas, força de Van der Walls, etc., e a fase de adesão, que ocorre lentamente envolvendo moléculas biológicas, tais como proteínas da matriz celular, proteínas de membrana celular e proteínas do citoesqueleto, as quais interagem juntas para induzir sinal de transdução, promovendo a ação dos fatores de transcripção e consequentemente regulando a expressão gênica. Esta fase é a mais importante, pois a qualidade desta adesão influenciará na morfologia e na capacidade para proliferação e diferenciação das células (ANSLME, 2000).
Características hidrofóbicas e hidrofílicas de um material são de grande importância para a adesão celular. A adesão celular é geralmente melhor em superfícies hidrofílicas. Quando inserido no meio biológico, o material é condicionado pelos componentes do fluido biológico. O pH, composição iônica, energia de ligação, temperatura, grupo funcional de proteínas são fatores determinantes para adsorção protéica. A energia da superfície pode influenciar a adsorção protéica e o arranjo estrutural das proteínas no material. O papel principal das proteínas ósseas é atrair as células ósseas. Quando ocorrem mudanças conformacionais destas devido a superfícies hidrofóbicas e/ou baixa energia superficial, sua afinidade com o receptor da superfície celular das células ósseas é diminuída, atraindo fibroblastos e formando tecido fibroso em torno do material (ANSELME, 2000).
A molhabilidade, avaliada pela medição do ângulo de contato de um líquido com a superfície do material, sofre influência da rugosidade superficial do titânio, o que interfere na resposta inicial do hospedeiro principalmente no que diz respeito à adsorção de proteínas plasmáticas, as quais desempenham um processo importante na sinalização para a migração de células indiferenciadas para a superfície do material (RUPP et al. 2004).
Atribui-se à rugosidade de superfície um papel importante no desempenho clínico do biomaterial na osseointegração tornando, portanto, a caracterização de superfície do biomaterial um aspecto necessário para a interpretação adequada do efeito da rugosidade para a aposição óssea. A rugosidade da superfície do implante foi descrita como um dos fatores que favorecem a interação do material com os componentes plasmáticos e celulares responsáveis pela sinalização e iniciação da deposição de matriz extracelular por células
ósseas e influenciam diretamente a cicatrização no sítio de colocação e posteriormente a osseointegração (ALBREKTSON et al. 1981), propiciando a aplicação precoce de carga mecânica sobre esses implantes, além de assegurar estabilidade a longo prazo, que é o objetivo primordial de qualquer material para uso protético.
Alguns estudos encontrados na literatura têm comparado o efeito de várias superfícies em estudos in vitro. Embora não se saiba qual a rugosidade ideal para um material para implantação no tecido ósseo, há larga concordância de que a topografia é um poderoso modulador do comportamento celular e, portanto, um fator de influência direta na performance clínica do material.
Buser et al. (1991) e Frazolin et al. (2008), em estudos experimentais comparando diferentes tipos de superfície, concluíram que os melhores resultados foram os das superfícies texturizadas. Deligiannni et al. (2001), Anselme et al.(2002) e Keller (1998) observaram que células da medula óssea e osteoblastos cultivados em diferentes superfícies de titânio, se aderem e respondem melhor em superfícies com maior rugosidade. Os estudos de Perizzolo, Lacifield e Brunette (2001), Sul et al. (2002) e Sena et al. (2003) também indicaram que a proliferação de células osteobálsticas pode ser melhor em superfícies rugosas.
Entretanto, Lange et al. (2002), em seus experimentos com células osteoblásticas MG- 63, Huang et al. (2004) , com as U-2 OS, e Cochran et al. (1994) e Gay et al. (2007) com células do ligamento periodontal, mostraram que a adesão e proliferação celular foi melhor em superfícies de titânio lisas quando comparadas com as rugosas.
Anselme (2000), Faghihi et al. (2006), Guehennec et al. (2007) analisaram a adesão, proliferação e diferenciação de células osteoblásticas da calvária de ratos (MC3T3-E1) e células osteoblásticas humanas em superfícies de titânio Ti6A14V com variadas rugosidades, e observaram que textura superficial do biomaterial influenciava na resposta celular e que a rugosidade influencia na adesão e proliferação das células à superfície do titânio.
As alterações superficiais resultam em variações não apenas nos aspectos físicos do material, mas também em sua composição química. Superfícies obtidas por diferentes tipos de tratamento podem apresentar características topográficas semelhantes embora com desempenho biológico distintos, sugerindo que há grande probabilidade de não apenas a alteração topográfica como também a modificação na estrutura química da superfície, possam ter efeito na resposta celular.
Santiago et al. (2005) em seu experimento com células osteoblásticas de camundongo, analisaram amostras de titânio comercialmente puro (Ti) com diferentes propriedades de superfície por meio de ataques químico e físicos, e os resultados sugeriram que os tratamentos utilizados foram favoráveis às respostas biológicas.
Wang et al (2008) mostraram que os métodos de tratamentos químicos de superfície do titânio utilizados em seu estudo influenciavam positivamente na adesão, proliferação e diferenciação das células-tronco mesenquimais da medula de coelhos.
A diferenciação dos efeitos químicos e topográficos da superfície não está clara. Entretanto é unânime entre os pesquisadores que as propriedades físico-químicas das superfícies dos implantes exercem um papel fundamental no sucesso do fenômeno biológico da osseointegração. As interações moleculares e celulares que norteiam o destino biológico dos implantes ocorrem nos estágios iniciais da cicatrização (AMARANTE, 2001).
Na busca por superfícies que melhorem as respostas biológicas e supram à necessidade de obter uma rápida osseointegração, várias pesquisas têm sido desenvolvidas, modificando estas superfícies pelos processos mais variados (SILVA, 2005) que envolvem métodos mecânicos, químicos, e físicos de tratamento de superfície, tais como: a aspersão com plasma de titânio, jateamento com óxido de titânio, deposição a laser de carbeto de titânio, condicionamento ácido, e outros (XUANYONG, PAUL, CHUANXIAN, 2004).