AIDIMME desarrolla recubrimientos antibacterianos con tecnología sol-gel para aplicación en prótesis de Ti

DESARROLLO DE RECUBRIMIENTOS ANTIMICROBIANOS BASADOS EN NANOPARTÍCULAS DE PLATA SOBRE ALEACIÓN DE TITANIO EMPLEADA EN PRÓTESIS.

El proyecto Protegel se encuentra cerca de su finalización (Junio 2020), el mismo empezó en Julio del año 2019. El proyecto se enmarca dentro de la convocatoria “Ayudas dirigidas a centros tecnológicos CV para proyectos de I+D en cooperación con empresas 2019”.

El proyecto está financiado por la Generalitat Valenciana a través del Instituto Valenciano de Competitividad Empresarial y de la Unión Europea a través del Fondo Europeo de Desarrollo Regional.

El objetivo del proyecto es obtener recubrimientos antibacterianos sobre piezas de Ti6Al4V para conseguir una reducción en las infecciones que tienen lugar al implantar las prótesis (la incidencia es de aproximadamente un 2 %). La reducción de la tasa de infección tendría una repercusión en la calidad de vida de los pacientes y por otra parte se reduciría también el coste económico asociado con este tipo de incidencia.

En el proyecto se han desarrollado recubrimientos basados en sol-gel de SiO2, hidroxiapatita y TiO2. Como sustratos se han empleado probetas de Ti6Al4V tanto macizas como obtenidas mediante fabricación aditiva. Para dotar al recubrimiento de funcionalidad antibacteriana, se generaron nanopartículas de plata.

Figura 1. a) Recubrimiento sol-gel de SiO2/ nanopartículas de Ag sobre Ti6Al4V. b) Recubrimiento sol-gel de hidroxiapatita/ nanopartículas de Ag sobre aleación Ti6Al4V.

En la Figura 1 se muestran dos micrografías de los dos primeros tipos de recubrimiento, las zonas más blancas indican la presencia de las nanopartículas de Ag. En ambos recubrimientos se obtuvieron nanopartículas con un tamaño de 10-20 nm. Cuanto menor sea el tamaño de las nanopartículas de Ag, mayor área superficial de las mismas y mayor será la generación de iones Ag+ cuando la prótesis esté en contacto con el fluido corporal. La mayor liberación de Ag+ incrementa el efecto bactericida del recubrimiento.

Las probetas recubiertas fueron puestas en contacto con fluido corporal simulado para estudiar la liberación de Ag+, siendo medida la misma mediante la técnica de plasma de acoplamiento inductivo (ICP). En la Figura 2 se muestra la liberación de Ag+ para los recubrimientos de sol-gel de SiO2/ nanopartículas de Ag y sol-gel de hidroxiapatita/ nanopartículas de Ag. Se puede observar que la mayor liberación de Ag tiene lugar durante los 7 primeros días (que es también cuando existe una mayor probabilidad de infección) y es mucho mayor para el caso del sol-gel de SiO2. Para el caso del recubrimiento de sol-gel de SiO2, en los siguientes días de exposición hay una disminución de la liberación y una estabilización de la misma, manteniéndose la liberación de Ag+ en valores mucho mayores que el recubrimiento de hidroxiapatita.

Figura 2. Liberación de Ag en fluido corporal simulado para recubrimientos de sol-gel de SiO2/ nanopartículas de Ag y de sol-gel de hidroxiapatita/ nanopartículas de Ag en función de los días de exposición.

En la Figura 3 se muestra la liberación acumulada total de Ag para ambos recubrimientos. Como en la figura anterior, la liberación inicial es mayor para la muestra de SiO2. La velocidad de liberación, que viene dada por la pendiente de ambas rectas, indica que la misma es más de 10 veces mayor en el caso del recubrimiento de SiO2. Por tanto, con el recubrimiento de SiO2/Ag se consigue una liberación inicial de Ag+ alta y posteriormente se continúa liberando Ag+ progresivamente pero con una velocidad menor de la inicial. Este era uno de los objetivos específicos del proyecto, conseguir una liberación controlada hasta 30 días para conseguir un efecto bactericida duradero y no solo durante los primeros días.

Figura 3. Liberación acumulada de Ag en fluido corporal simulado para recubrimientos de sol-gel de SiO2/ nanopartículas de Ag y sol-gel de hidroxiapatita/ nanopartículas de Ag.

Eficacia antibacteriana

Se ha evaluado la eficacia antibacteriana de los recubrimientos antibacterianos frente a Staphylococcus aureus y Staphylococcus epidermidis. Para ello se inoculó 1 mL de suspensión bacteriana sobre las probetas, tras 24 h de incubación las probetas fueron lavadas y la disolución de lavado fue incubada.

En la Figura 4 se muestran los cultivos bacterianos de las disoluciones de lavado del inóculo en contacto con muestras de Ti, Ti con sol-gel de SiO2 y con sol-gel de SiO2 con nanopartículas de plata. Como se puede observar, la presencia de las nanopartículas de Ag no permite el crecimiento bacteriano. En cambio el sol-gel de SiO2 por si solo no presente actividad antibacteriana. La reducción de la actividad bacteriana de ambas bacterias sobre las probetas de Ti recubiertas son sol-gel de SiO2 con nanopartículas de plata fue del 99.9 %.

Figura 4. Cultivos de las disoluciones de lavado del inóculo (S. aureus o S. epidermidis) en contacto con las diferentes probetas (Ti, Ti + sol-gel de SiO2, Ti + sol-gel de SiO2 + nanopartículas de plata).

Aplicación

Con los recubrimientos desarrollados en el proyecto se espera conseguir un recubrimiento sobre prótesis de Ti con una actividad antibacteriana adecuada que reduzca la incidencia de la infección durante la implantación de las prótesis. Dos empresas valencianas del sector protésico colaboran también en el proyecto (Surgival y Tequir), lo que permitirá transferir los resultados del proyecto al sector industrial valenciano.

El proyecto cuenta con la financiación del Instituto Valenciano de Competitividad (IVACE) a través de los Fondos Europeos FEDER de Desarrollo Regional.

FOTOGRAFENO 19-20 – IMDEEA/2019/7. Período: 2019-07-01 – 2020-06-30. Número de expediente 21900030

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Javier Molina Puerto

MATERIALES Y PRODUCTOS • Tecnologías y Análisis Químico