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Synergistic Microbiologically Influenced Corrosion of SLM TC4 by Co-culture of Streptococcus mutans and Veillonella dispar via Riboflavin-Mediated Extracellular Electron Transfer

Este estudio revela que el cocultivo sinérgico de *Streptococcus mutans* y *Veillonella dispar* acelera significamente la corrosión influenciada microbiológicamente de los implantes orales de TC4 fundidos mediante fusión por láser selectiva a través de un mecanismo de transferencia de electrones extracelulares mediado por riboflavina, lo cual compromete la película pasiva y altera las respuestas celulares.

Autores originales: yilan wang, kuiwei zheng, zhenyu liu, hongxiang yuan, xiaohua fu, xing zhou

Publicado 2026-06-30

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CC BY 4.0

Autores originales: yilan wang, kuiwei zheng, zhenyu liu, hongxiang yuan, xiaohua fu, xing zhou

Artículo original bajo licencia CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). ✨ Esta es una explicación generada por IA del artículo a continuación. No ha sido escrita ni avalada por los autores. Para mayor precisión técnica, consulte el artículo original. Leer descargo de responsabilidad completo

La visión general: Un implante oxidado en una ciudad concurrida

Imagine un implante dental (hecho de una aleación metálica fuerte llamada TC4) situado en su boca. Normalmente, pensamos que el óxido es algo que le ocurre a los coches viejos dejados a la intemperie bajo la lluvia. Pero en su boca, el "óxido" (corrosión) puede ser causado por seres vivos diminutos: las bacterias.

Este estudio analizó qué sucede cuando dos tipos específicos de bacterias, Streptococcus mutans (la "productora de ácido") y Veillonella dispar (la "comedora de ácido"), se alían en un implante dental. Los investigadores querían ver si estas dos bacterias trabajando juntas causan más daño que cuando trabajan solas.

La configuración: Construyendo una "Ciudad de Biofilm"

Piense en las bacterias no como soldados individuales, sino como constructores de ciudades.

Los constructores solitarios: Cuando S. mutans trabaja sola, construye un vecindario pequeño y desordenado. Cuando V. dispar trabaja sola, construye un pueblo diminuto y disperso.
La pareja poderosa: Cuando trabajan juntas, construyen un complejo de rascacielos masivo y denso llamado biofilm. Esta "ciudad" es más gruesa, pegajosa y está repleta de más residentes (células) y "desechos de construcción" (sustancias poliméricas extracelulares, o EPS) de lo que cualquiera de las dos podría construir por su cuenta.

El ataque: Cómo las bacterias comen el metal

Los investigadores descubrieron que esta "ciudad" bacteriana ataca el implante de metal de dos formas principales, pero una de ellas fue una sorpresa.

1. La trampa de ácido (El ataque esperado)
Normalmente, pensamos que las bacterias causan óxido expulsando ácido (como el zumo de limón sobre el metal). S. mutans es famosa por producir ácido. Sin embargo, en este estudio, el equipo notó algo extraño: el entorno general se volvió menos ácido cuando las dos bacterias trabajaron juntas. V. dispar se comió el ácido producido por S. mutans.

La conclusión: El ácido por sí solo no era la razón principal por la que el metal se estaba desgastando. Algo más estaba sucediendo.

2. El robo eléctrico (El verdadero culpable)
El estudio descubrió un mecanismo oculto llamado Transferencia de Electrones Extracelulares (EET).

La analogía: Imagine que el implante de metal es una batería. Las bacterias son como ladrones que quieren robar la electricidad (electrones) de esa batería para alimentar sus propios cuerpos.
El "cable": Para robar la electricidad, las bacterias necesitan un cable. El estudio descubrió que una molécula llamada Riboflavina (una forma de Vitamina B2) actúa como este cable. Transporta los electrones desde la superficie del metal directamente hacia las bacterias.
El resultado: Cuando los investigadores añadieron Riboflavina extra a la mezcla, las bacterias robaron electricidad aún más rápido y el metal se corroyó mucho más velozmente. Esto demostó que las bacterias se estaban literalmente "enchufando" al metal para drenar su energía.

El informe de daños

Los investigadores midieron el daño después de dos semanas y encontraron:

Los "cráteres": La superficie del metal desarrolló cráteres profundos (picaduras). La "pareja poderosa" (especie dual) creó picaduras que eran casi el doble de profundas que las hechas por las bacterias solitarias.
El destructor de escudos: El metal tiene un escudo invisible natural (una película pasiva) que lo protege del óxido. Las bacterias lograron desgastar este escudo, convirtiendo el revestimiento protector en una versión más débil y dañada.
La fuga: Debido a que el escudo se rompió, iones metálicos peligrosos (Titanio, Aluminio y Vanadio) se filtraron del implante hacia el fluido circundante.

¿Es peligroso para las células?

Los investigadores probaron el fluido "filtrado" en células humanas en un plato de cultivo.

El resultado: Sorprendentemente, el fluido no mató a las células de inmediato. De hecho, parecía hacer que las células crecieran un poco más rápido.
La advertencia: Que las células no murieran no significa que sea seguro. El estudio sugiere que la liberación constante de iones metálicos y la presencia de estas bacterias agresivas podrían causar inflamación a largo plazo u otros problemas que no son visibles de inmediato, de forma similar a cómo una fuga lenta en una tubería acaba causando daños estructurales aunque el agua no inunde la casa de inmediato.

La conclusión

Este estudio revela que cuando estos dos tipos específicos de bacterias se alían, no solo producen ácido; forman una superciudad densa que actúa como una máquina de corrosión. Utilizan un "cable" molecular (Riboflavina) para robar electrones del implante dental, provocando que se oxide y se descomponga mucho más rápido de lo que pensábamos anteriormente.

En resumen: Dos bacterias trabajando juntas son mucho más peligrosas para los implantes dentales que una sola, no solo por el ácido, sino porque han aprendido cómo "robar electricidad" del metal para alimentar su propio crecimiento.

Resumen Técnico: Corrosión Sinergística Influenciada por Microorganismos de TC4 obtenido por SLM mediante el Co-cultivo de Streptococcus mutans y Veillonella dispar vía Transferencia de Electrones Extracelulares Mediada por Riboflavina

Planteamiento del Problema
Los implantes dentales, particularmente aquellos fabricados con la aleación Ti-6Al-4V (TC4) mediante la Fusión Selectiva por Láser (SLM), son susceptibles al fallo debido a la periimplantitis y a la corrosión influenciada por microorganismos (MIC). Mientras que las investigaciones previas se han centrado mayoritariamente en biopelículas de una sola cepa o en la corrosión impulsada por metabolitos (M-MIC), el entorno oral alberga típicamente comunidades complejas y sinérgicas de múltiples especies. Los mecanismos específicos mediante los cuales los co-cultivos de bacterias orales, tales como la cepa productora de ácido Streptococcus mutans y la reductora de nitratos Veillonella dispar, interactúan para acelerar la corrosión de los implantes de TC4 fabricados mediante adición de material siguen siendo insuficientemente explorados. Además, el papel potencial de la transferencia de electrones extracelulares (EET) en la MIC oral ha sido ampliamente ignorado.

Metodología
El estudio empleó un modelo in vitro para investigar el comportamiento de corrosión de especímenes de TC4 procesados por SLM bajo condiciones anaeróbicas a 37 °C durante 14 días. El diseño experimental comparó tres condiciones: un control estéril, biopelículas de una sola especie (S. mutans o V. dispar) y un co-cultivo de dos especies.

Caracterización de la Biopelícula: Se utilizó Microscopía Confocal de Barrido Láser (CLSM) para evaluar el espesor de la biopelícula, la viabilidad y la distribución de células, proteínas y polisacáridos (EPS). La Microscopía Electrónica de Barrido de Emisión de Campo (FESEM) examinó la morfología de la superficie y la formación de picaduras.
Análisis Electroquímico: Se realizaron pruebas de Potencial de Circuito Abierto (OCP), Resistencia de Polarización Lineal (LPR), Espectroscopía de Impedancia Electroquímica (EIS) y pruebas de polarización dendrítica para determinar las tasas de corrosión, la resistencia a la transferencia de carga ( $R_{ct}$ ) y las densidades de corriente de corrosión ( $i_{corr}$ ).
Indagación Mecanística: Para probar la hipótesis de la corrosión mediada por EET, se añadió riboflavina (un transportador de electrones) a los cultivos de V. dispar. Se monitorearon los niveles de pH para distinguir entre la corrosión inducida por ácido y otros mecanismos.
Análisis de Superficie e Iones: La Espectroscopía de Fotoelectrones de Rayos X (XPS) analizó la composición y el perfil de profundidad de las películas pasivas (óxidos de Ti, Al, V). La Espectroscopía de Absorción Atómica de Llama (FAAS) cuantificó la liberación de iones de Ti, Al y V.
Evaluación de Biocompatibilidad: La citotoxicidad se evaluó mediante células de fibroblastos L-929 a través de ensayos CCK-8 y tinción del citoesqueleto para observar la adhesión y proliferación celular en presencia de extractos de corrosión.

Resultos Clave

Sinergia de la Biopelícula: La biopelícula de dos especies fue significativamente más gruesa, densa y contenía más EPS que las biopelículas de una sola especie. S. mutans proporcionó sitios de adhesión y nutrientes, mientras que V. dispar consumió los ácidos metabólicos, aliviando la acidosis del microambiente y promoviendo una mayor síntesis de EPS por parte de S. mutans.
Corrosión Acelerada: El co-cultivo indujo la corrosión más severa. La densidad de corriente de corrosión ( $i_{corr}$ ) en el grupo de dos especies (40.7 nA·cm⁻²) fue aproximadamente cuatro veces mayor que la del control estéril y significativamente mayor que la de los grupos de una sola especie. La resistencia a la transferencia de carga ( $R_{ct}$ ) fue la más baja en el grupo de dos especies, lo que indica la menor resistencia a la corrosión.
Picaduras y Degradación de la Película Pasiva: El CLSM reveló que la biopelícula de dos especies causó las picaduras más profundas (profundidad máxima de 9.4 µm). El análisis XPS mostró una reducción significativa en el contenido relativo de TiO₂ protector en la película pasiva bajo las condiciones de dos especies, con un aumento en la detección de estados de oxidación inferiores (Ti₂O₃, TiO) y Ti, Al y V metálicos.
Mecanismo de EET: Contrario a las expectativas de la corrosión impulsada por el ácido, el pH general del sistema de dos especies aumentó, descartando la acidificación como el principal motor. Sin embargo, la adición de riboflavina a los cultivos de V. dispar redujo significativamente la $R_{ct}$ e incrementó las tasas de corrosión, confirmando que V. dispar utiliza la riboflavina como un transportador de electrones para facilitar la Transferencia de Electrones Extracelulares (EET-MIC).
Liberación de Iones y Citotoxicidad: La solución de corrosión del co-cultivo de dos especies resultó en la mayor liberación de iones de Ti, Al y V. A pesar del aumento en la liberación de iones, los ensayos de citotoxicidad (RGR > 75%) indicaron que los extractos de corrosión permanecieron no tóxicos para las células L-929, aunque estimularon el crecimiento y la proliferación celular con mayor fuerza que los controles estériles.

Significancia y Reivindicaciones
Los autores afirman que este estudio proporciona nuevas perspectivas sobre los mecanismos de la MIC oral, destacando específicamente el efecto sinérgico de S. mutans y V. dispar en los implantes de TC4 obtenidos por SLM. El artículo establece que:

Las biopelículas de múltiples especies crean un entorno de corrosión más agresivo que las de una sola cepa debido a la complejidad estructural y la interdependencia metabólica.
La EET-MIC, mediada por riboflavina y la bacteria electroactiva Veillonella, es un mecanismo crítico en la corrosión oral, distinto de la corrosión tradicional inducida por el ácido.
La degradación de la película pasiva (reducción de TiO₂) y la subsiguiente liberación de iones metálicos se ven aceleradas por estas interacciones sinérgicas.
El modelo in vitro de corrosión-citotoxicidad desarrollado ofrece un marco para evaluar el rendimiento clínico a largo plazo y la biocompatibilidad de metales médicos en entornos microbianos complejos.

El estudio concluye que la comprensión de estos mecanismos sinérgicos y electroactivos es esencial para desarrollar materiales orales resistentes a la corrosión y estrategias para pacientes de alto riesgo, señalando que el potencial de riesgos carcinogénicos asociados con la liberación acelerada de iones metálicos debido a la actividad microbiana requiere mayor investigación.