Nanotubos de titânio integrados a implantes ortopédicos AM para administração localizada de medicamentos

22 de novembro de 2021

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Uma pesquisa publicada recentemente na revista Materials do Multidisciplinar Digital Publishing Institute (MDPI), 'Titania Nanotube Architectures Synthesized on 3D-Printed Ti-6Al-4V Implant and Assessing Vancommycin Release Protocols', discute o potencial dos nanotubos de titânia (TNTs) fabricados aditivamente como alvo sistemas de liberação de drogas em implantes ortopédicos.

A mudança de moldes e talas simples para implantes internos como placas, parafusos e hastes – normalmente feitos de aço, titânio, cromo ou cobalto – ilustra avanços em suportes para ossos quebrados ou fraturados, mas esses implantes apresentam riscos: infecção ou rejeição. Na pior das hipóteses, esses resultados negativos podem resultar na perda do membro ou na morte do paciente. Apesar desses possíveis resultados, no entanto, a fixação interna é preferível para muitos pacientes, pois, apesar dos possíveis efeitos adversos, geralmente resulta em uma cicatrização mais rápida com maior garantia de que os ossos cicatrizarão na posição correta.

Para mitigar os riscos de infecção, são usados ​​antibióticos. Historicamente, no entanto, tem sido difícil garantir que eles tenham como alvo o próprio implante quando os antibióticos são administrados por via oral ou intravenosa. Métodos de entrega mais localizados, como cimento ósseo com carga de antibióticos, oferecem uma opção direcionada, mas questões foram levantadas sobre sua capacidade de liberar os antibióticos em níveis suficientemente sustentados. O artigo recente sugere uma alternativa a esse método: nanotubos de titânia, incorporados à superfície de implantes fabricados aditivamente sob medida.

Estudos recentes relataram que o uso de revestimento de nanotubos de TiO2 em superfícies de implantes biomédicos é biocompatível, adequado para o crescimento interno do tecido e permite forte adesão e proliferação celular. Neste estudo, postulou-se que os TNTs também pareciam um método promissor para a liberação direta de drogas específicas no local da infecção.

Os pesquisadores em 'Titania Nanotube Architectures Synthesized on 3D-Printed Ti-6Al-4V Implant and Assessment Vancommycin Release Protocols' usaram uma técnica de anodização para sintetizar arranjos de TNT em superfícies de Ti6AL4V fabricadas aditivamente, a fim de observar e analisar a liberação da vancomicina antibacteriana sobre um período de vinte e quatro horas.

SolidWorks 2020, software CAD e CAE da Dassault Systèmes, foi usado para projetar e modelar o implante de placa Ti6Al4V 25 x 25 x 2 mm antes de ser fabricado aditivamente usando um Mlab Cusing 100R, uma máquina Laser Beam Powder Bed Fusion (PBF-LB) da GE Additive Concept Laser. As peças foram produzidas usando pó D50 micro Ti6Al4V da Meticuly Co Ltd, Bangkok, Tailândia. Durante o processo de anodização, esta placa implantada atuou como ânodo, enquanto uma placa comercial de platina (12 x 30 mm) da Umicore foi o cátodo. Sob atmosfera controlada, as placas de Ti6Al4V foram aquecidas a 950°C por 2 horas em forno elétrico.

Antes da anodização, a aspereza da superfície das placas de Ti6Al4V foi reduzida por moagem convencional com papel de granulação 80 a 2000 e sonicação dentro da solução ácida, água deionizada e etanol.

Para obter uma superfície nanoestruturada com matrizes ordenadas de TNTs com uma proporção muito alta, álcoois poliídricos contendo flúor – especificamente, etilenoglicol, conhecido por produzir superfícies biocompatíveis e bioativas – foi empregado como eletrólito. As amostras moídas foram imersas no eletrólito preparado à base de etilenoglicol contendo uma solução de mistura de etilenoglicol 98% em peso, fluoreto de amônio (0,5% em peso) e 1,5% em peso de água deionizada por 1, 2, 3 e 4 horas. A solução eletrolítica foi continuamente agitada com uma barra magnética a 100 rpm.

Após a fabricação, os pesquisadores estudaram os TNTs anodizados usando técnicas de caracterização, como microscopia eletrônica de varredura por emissão de campo (FESEM), medidor de ângulo de contato, infravermelho por transformada de Fourier (FTIR), um microscópio de força atômica (AFM) e espectroscopia fotoeletrônica de raios-X, a fim de observe a morfologia, o comportamento da molhabilidade, a interação entre os íons de titânia, o tamanho dos poros, o comprimento e a rugosidade da superfície.