Nanotubos de titanio integrados en implantes ortopédicos AM para la administración localizada de fármacos

22 de noviembre de 2021

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Una investigación publicada recientemente en la revista Materials del Instituto Multidisciplinario de Publicaciones Digitales (MDPI), 'Titania Nanotube Architectures Synthesized on 3D-Printed Ti-6Al-4V Implant and Assessing Vancomycin Release Protocols', analiza el potencial de los nanotubos de titanio (TNT) fabricados de forma aditiva como objetivo Sistemas de administración de fármacos en implantes ortopédicos.

El cambio de yesos y férulas simples a implantes internos como placas, tornillos y varillas, generalmente hechos de acero, titanio, cromo o cobalto, ilustra los avances en soportes para huesos rotos o fracturados, pero estos implantes conllevan riesgos: infección o rechazo. En el peor de los casos, estos resultados negativos pueden provocar la pérdida de una extremidad o la muerte del paciente. Sin embargo, a pesar de estos posibles resultados, la fijación interna es preferible para muchos pacientes, ya que, a pesar de los posibles efectos adversos, comúnmente da como resultado una cicatrización más rápida con una mayor garantía de que los huesos sanarán en la posición correcta.

Para mitigar los riesgos de infección, se utilizan antibióticos. Históricamente, sin embargo, ha sido difícil asegurar que estos se dirijan al propio implante cuando los antibióticos se administran por vía oral o intravenosa. Los métodos de administración más localizados, como el cemento óseo con carga de antibióticos, ofrecen una opción específica, pero se han planteado dudas sobre su capacidad para liberar los antibióticos a niveles suficientemente sostenidos. El artículo reciente sugiere una alternativa a este método: nanotubos de titania, incorporados en la superficie de implantes fabricados aditivamente a medida.

Estudios recientes han informado que el uso de la capa de nanotubos de TiO2 de las superficies de los implantes biomédicos es biocompatible, se adapta bien al crecimiento del tejido y permite una fuerte adhesión y proliferación celular. En este estudio, se planteó que los TNT también parecían un método prometedor para la liberación directa de fármacos específicos en el sitio de la infección.

Los investigadores de 'Arquitecturas de nanotubos de titanio sintetizadas en implantes de Ti-6Al-4V impresos en 3D y evaluación de protocolos de liberación de vancomicina' utilizaron una técnica de anodización para sintetizar matrices de TNT en superficies de Ti6AL4V fabricadas de forma aditiva con el fin de observar y analizar la liberación de la vancomicina antibacteriana en un plazo de veinticuatro horas.

Se utilizó SolidWorks 2020, el software CAD y CAE de Dassault Systèmes, para diseñar y modelar el implante de placa Ti6Al4V de 25 x 25 x 2 mm antes de fabricarlo de forma aditiva con una máquina Mlab Cusing 100R, una máquina de fusión de lecho de polvo por rayo láser (PBF-LB) de GE Aditive Concept Laser. Las piezas fueron fabricadas con polvo D50 micro Ti6Al4V por Meticily Co Ltd, Bangkok, Tailandia. Durante el proceso de anodización, este implante de placa actuó como ánodo, mientras que una placa de platino comercial (12 x 30 mm) de Umicore fue el cátodo. En atmósfera controlada, las placas de Ti6Al4V se calentaron a 950°C durante 2 horas en un horno eléctrico.

Antes de la anodización, la aspereza de la superficie de las placas de Ti6Al4V se redujo mediante un pulido convencional con papel de lija de 80 a 2000 y sonicación dentro de la solución ácida, agua desionizada y etanol.

Para lograr una superficie nanoestructurada con matrices ordenadas de TNT con una relación de aspecto muy alta, se emplearon como electrolito alcoholes polihídricos que contienen fluoruro, específicamente, etilenglicol, conocido por producir superficies biocompatibles y bioactivas. Las muestras molidas se sumergieron en el electrolito preparado a base de etilenglicol que contenía una solución mixta de etilenglicol al 98 % en peso, fluoruro de amonio (0,5 % en peso) y 1,5 % en peso de agua desionizada durante 1, 2, 3 y 4 horas. La solución de electrolito se agitó continuamente con una barra magnética a 100 rpm.

Después de la fabricación, los investigadores estudiaron los TNT anodizados utilizando técnicas de caracterización como microscopía electrónica de barrido de emisión de campo (FESEM), medidor de ángulo de contacto, infrarrojo transformado de Fourier (FTIR), microscopio de fuerza atómica (AFM) y espectroscopía de fotoelectrones de rayos X para tenga en cuenta la morfología, el comportamiento de humectabilidad, la interacción entre los iones de titania, el tamaño de los poros, la longitud y la rugosidad de la superficie.

Los resultados encontraron que, al controlar ciertos parámetros (p. ej., composición de electrolitos, voltaje, presión atmosférica y tiempo de anodización), los TNT podían mejorarse lo suficiente como para actuar como un sistema adecuado de liberación de fármacos dirigidos cuando se integraban en la superficie de los implantes fabricados de forma aditiva. minimizando así el riesgo de infección.

Se espera que la naturaleza rugosa, nanoestructurada y nanoporosa del TiO2 formado en la superficie de Ti6Al4V facilite la biocompatibilidad y la osteointegración del implante AM. Los investigadores expresaron sus expectativas de que los TNT cargados de fármacos sirvan como una alternativa al enfoque actual de administración de fármacos sistémicos utilizado en el tratamiento de infecciones.

El documento fue escrito por H-thaichnok Chunate, Jirapon Khamwannah, Atchara Khamkongkaeo, Chiraporn Tongyam, Krittima Tumkhanon y Torlarp Sitthiwanit del Departamento de Ingeniería Metalúrgica de la Universidad de Chulalongkorn, Bangkok, Tailandia; Abdul Azeez Abdu Aliyu, Chedtha Puncreobutr y Boonrat Lohwongwatana del Departamento de Ingeniería Metalúrgica y del Centro de Investigación Biomédica de Chulalongkorn; Thanawat Phetrattanarangsi y Dechawut Decha-umphai del Departamento de Ingeniería Metalúrgica de Chulalongkorn y el Centro de Investigación de Biomecánica de Meticuly Co. Ltd., Bangkok; Saran Tantavisut del Departamento de Ortopedia de Chulalongkorn; Pharanroj Pongjirawish del Centro de Investigación de Biomecánica de Meticuly; y Theerapat Chanamuangkon del Centro de Pruebas de Biomateriales en Chulalongkorn.

'Arquitecturas de nanotubos de titanio sintetizadas en implantes de Ti-6Al-4V impresos en 3D y evaluación de protocolos de liberación de vancomicina' está disponible en su totalidad aquí.

www.chula.ac.th

www.meticuly.com

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