El objetivo central del proyecto es la evaluación de la funcionalidad de las películas de óxido de titanio producidas por magnetron sputtering para su uso en implantes ortopédicos. La palabra funcionalidad implica que deben determinarse un conjunto extensísimo de propiedades que demostrarían que dichas películas pueden funcionar como una alternativa para los implantes basados en titanio puro. La idea básica es investigar si es posible sustituir el titanio, cuyo costo es demasiado alto, por un sustrato de menor precio pero modificado con una película de óxido de titanio que le provea de una respuesta biológica similar a la del titanio. La hipótesis es que la interacción superficie-medio biológico ocurre a través del óxido de titanio nativo que tienen los implantes actuales y que en consecuencia si se logra simular dicha película de óxido nativo, se podría lograr la misma respuesta biológica, independientemente del substrato. En estudios previos dentro de este mismo grupo hemos optimizado la síntesis del óxido de titanio bien adherido a sustratos de acero inoxidable de grado médico (proyecto IG100113), incluso se comparó la respuesta biológica de películas de TiO2 amorfas y cristalinas, determinándose que las películas amorfas favorecían la diferenciación celular hacia el fenotipo ostoeoblástico. La adhesión película-substrato es uno de los puntos más críticos en cualquier aplicación de recubrimientos y la manera de lograr dicha adhesión involucra diferentes ensayos de capas intermedias de unión entre el acero y el TiO2, así como el uso de temperaturas elevadas del sustrato.
Desde el punto de vista de los materiales, tenemos dos ensayos que realizar y que constituyen las metas del presente proyecto: Respuesta electroquímica y Bioactividad. La respuesta electroquímica se propone ser evaluada en soluciones fisiológicas enriquecidas en oxígeno con la finalidad de simular los ambientes ricos en especies reactivas de oxígeno (ROS, reactive oxide species) que se generan debido a la respuesta inflamatoria inducida por la implantación de un cuerpo extraño en el cuerpo humano. La evaluación de la Bioactividad se refiere a la capacidad de los materiales de permitir o inducir el crecimiento de minerales de CaP sobre su superficie al ser inmersos por tiempos prolongados en soluciones saturadas que contienen iones de calcio y fósforo, entre otros. Particularmente en este proyecto es de gran importancia ya que se planea evaluar los materiales vírgenes, es decir la película de óxido de titanio amorfo (a-TiO2), el titanio puro (cp-Ti) y el acero inoxidable (AISI316), así como los materiales después de haber sido modificados superficialmente por la inmersión en soluciones ricas en oxígeno.
De modo que consideramos que el conjunto de resultados obtenidos por el proyecto nos permitirá evaluar la hipótesis de Branemark-Albrektsson a nivel de laboratorio, pero a su vez nos permitirá comparar la respuesta de la película (a-TiO2) y determinar su similitud al cp-Ti. En ambos experimentos mantenemos acero inoxidable como comparación con un metal de composición diferente. Básicamente esta propuesta es el corazón de la tesis doctoral de Abril Fonseca. Una parte complementaria del proyecto la realiza Cecilia Barrera, quien no evaluará películas de TiO2, pero comparará el potencial de diferenciación del acero y del titanio, nuevamente con la intención de buscar un entendimiento más profundo respecto el porque las superficies de titanio, en comparación con otros metales y cerámicos, son las que mejor funcionan para promover la oseointegración.

El proyecto es básicamente de ciencia básica con dos preguntas de estudio:
1. Porque las superficies de titanio presentan una mejor respuesta biológica para su aplicación en implantes ortopédicos?
2. Podemos simular la respuesta biológica de la superficie de titanio utilizando una película de óxido de titanio depositada por un método de evaporación física?
En esta parte del proyecto, nos enfocamos a determinar la evaluación de propiedades fisicoquímicas de los materiales (a-TiO2 vs cp-Ti) que podrían jugar papeles importantes en la respuesta biológica, tales como la respuesta electroquímica y la bioactividad. A su vez comparamos con otro metal, el acero inoxidable, para poder discernir cuales de estas propiedades son en realidad exclusivas del titanio.
Conocer las respuestas a estas peguntas permitiría en un futuro el desarrollo de otros materiales o procesos para uso en implantes ortopédicos, dando mayor diversidad y sobre todo nos interesa ver la posibilidad de tener diferentes propuestas que podrían ser adecuadas para diferentes condiciones socio-económicas o de materias primas.
El proyecto involucra a dos estudiantes de doctorado de tiempo completo en el programa y en el proyecto. La formación que esperamos logren estos estudiantes es multidisciplinaria incluyendo las ramas importantes para el desarrollo de biomateriales; el conocimiento de los materiales y de la biología celular y sus procesos de interacción con los materiales.
Fortalecer el grupo multidisciplinario que hemos establecido entre la Facultad de Odontología y el Instituto de Investigaciones en Materiales.