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Estudo da adesão bacteriana a biomateriais nanofásicos
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Authors
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Abstract(s)
A adesão bacteriana inicial à superfície de um biomaterial é uma etapa importante na
patogénese das infecções protéticas que pode conduzir à formação do biofilme. As
bactérias organizadas em biofilme são mais resistentes aos antibióticos e encontram-se
menos acessíveis ao sistema imunitário do hospedeiro. Infelizmente, a falta de
tratamentos adequados deixa, frequentemente, a extracção do dispositivo contaminado
como a única opção viável para a eliminação do biofilme. A nanohidroxiapatite
(nanoHA) é um fosfato de cálcio que tem sido estudada para o uso na regeneração óssea
devido às suas similaridades com os tecidos duros do corpo.
Este trabalho teve como objectivo a avaliação da adesão inicial de estirpes bacterianas
clinicamente importantes, pertencentes às espécies S. aureus, S. epidermidis e P.
aeruginosa, a materiais de nanoHA sinterizados a 725C e 1000C. Para além da análise
da contribuição do fenótipo bacteriano e da origem da estirpe para o processo de adesão,
foi igualmente avaliada as repercussões que o tratamento térmico aplicado aos materiais
teve na hidrofobicidade e rugosidade da superfície dos mesmos e, consequentemente,
nos perfis de adesão bacteriana. Materiais de microhidroxiapatite (microHA) sujeitos
aos mesmos tratamentos térmicos foram utilizados como material controlo. A adesão
bacteriana inicial foi avaliada aos 30, 60 e 90 minutos de contacto após os quais as
células aderidas foram observadas no microscópio electrónico de varrimento e
libertadas do material por sonicação para quantificação por contagem das unidades
formadoras de colónias. A hidrofobicidade e a rugosidade da superfície dos materiais
foram determinadas através da medição do ângulo de contacto, utilizando a técnica da
gota séssil, e por microscopia de força atómica, respectivamente.
Os resultados obtidos demonstraram que a nanoHA sinterizada a 1000C foi menos
susceptível de adesão bacteriana comparativamente com nanoHA 725. Em relação ao
fenótipo e origem bacteriana, as estirpes isoladas de infecções ósseas mostraram-se mais
aptas para aderir apresentando maiores valores de adesão bem como maior capacidade
de produção de slime. Quanto se procedeu à análise das propriedades da superfície dos
materiais, verificou-se que o aumento da temperatura de sinterização resultou num
aumento da hidrofobicidade e da rugosidade. Adesão bacteriana foi maior nos materiais
mais hidrofílicos e não foi possível estabelecer uma relação entre a adesão e a
rugosidade média da superfície analisada. Initial bacterial adhesion to biomaterial surfaces is a crucial step in the pathogenesis of
prosthetic infection that can lead to biofilme formation, which enhanced resistance of
bacteria against host defense mechanisms and antibiotic treatments. Unfortunately, the
lack of a suitable treatment often leaves extraction of the contaminated device as the
only viable option for eliminating the biofilm. Nanohydroxyapatite (nanoHA) is a
calcium phosphate that has been studied aiming at being used as bone regeneration
material due to its chemical similarities to the inorganic component of the body’s hard
tissues.
This work aimed at evaluating the initial adhesion of several strains namely S. aureus,
S. epidermidis and P. aeruginosa, to nanoHA heat-treated at 725C and 1000C. The
influences of bacterial phenotype and origin on bacterial adhesion were evaluated, as
well as the impact of the heat-treatment on material surface hydrophobicity and
roughness and, consequently, on the bacterial adhesion profiles. MicroHA subjected to
the same heat-treatment was used as control. The evaluation of initial bacterial adhesion
was performed for 30, 60 and 90 minutes after which adhering cells were observed by
scanning electron microscopy and released by gentle sonication to be quantified by
colony forming units. Materials surfaces hidrophobicity and roughness were determined
through contact angle measurements via sessile drop technique and atomic force
microscopy, respectively.
According to the results, nanoHA heat-treated at 1000C showed, for all studied strains,
the lowest adhesion values. In relation to bacterial phenotype and origin, the strains
isolated from orthopedic infections presented increased ability to adhere to the materials
as well as better capacity to produce slime. Concerning substrata surface properties, it
was found that increasing the sintering temperature resulted in increased hydrophobicity
and roughness. The bacterial adhesion was greater in the more hydrophilic materials and
no relationship was found between bacterial adhesion and roughness.
Description
Dissertação apresentada à Universidade Fernando Pessoa como parte dos requisitos para obtenção do grau de Mestre em Microbiologia Clínica.