Nanotubes de Titania intégrés dans des implants orthopédiques AM pour l'administration localisée de médicaments

22 novembre 2021

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Une recherche récemment publiée dans la revue Materials du Multidisciplinary Digital Publishing Institute (MDPI), « Titania Nanotube Architectures Synthesized on 3D-Printed Ti-6Al-4V Implant and Assessing Vancomycin Release Protocols », traite du potentiel des nanotubes de titane (TNT) fabriqués de manière additive comme ciblés systèmes d'administration de médicaments dans les implants orthopédiques.

Le passage de simples plâtres et attelles à des implants internes comme des plaques, des vis et des tiges - généralement en acier, titane, chrome ou cobalt - illustre les progrès des supports pour les os cassés ou fracturés, mais ces implants comportent des risques : infection ou rejet. Dans le pire des cas, ces résultats négatifs peuvent entraîner la perte d'un membre ou le décès du patient. Malgré ces résultats possibles, cependant, la fixation interne est préférable pour de nombreux patients, car, malgré d'éventuels effets indésirables, elle entraîne généralement une guérison plus rapide avec une meilleure garantie que les os guériront dans la bonne position.

Pour atténuer les risques d'infection, des antibiotiques sont utilisés. Historiquement, cependant, il a été difficile de s'assurer que ceux-ci ciblent l'implant lui-même lorsque les antibiotiques sont administrés par voie orale ou intraveineuse. Des méthodes d'administration plus localisées, telles que le ciment osseux chargé d'antibiotiques, offrent une option ciblée, mais des questions ont été soulevées quant à sa capacité à libérer les antibiotiques à des niveaux suffisamment soutenus. L'article récent suggère une alternative à cette méthode : les nanotubes de titane, incorporés à la surface d'implants fabriqués de manière additive sur mesure.

Des études récentes ont rapporté que l'utilisation de couches de nanotubes de TiO2 sur les surfaces d'implants biomédicaux est biocompatible, bien adaptée à la croissance tissulaire et permet une forte adhésion et prolifération cellulaire. Dans cette étude, il a été postulé que les TNT semblaient également être une méthode prometteuse pour la libération directe de médicaments spécifiques dans le site de l'infection.

Les chercheurs de «Titania Nanotube Architectures Synthesized on 3D-Printed Ti-6Al-4V Implant and Assessing Vancomycin Release Protocols» ont utilisé une technique d'anodisation pour synthétiser des matrices de TNT sur des surfaces Ti6AL4V fabriquées de manière additive afin d'observer et d'analyser la libération de la vancomycine antibactérienne sur un période de vingt-quatre heures.

SolidWorks 2020, le logiciel CAO et IAO de Dassault Systèmes, a été utilisé pour concevoir et modéliser l'implant plaque Ti6Al4V 25 x 25 x 2 mm avant sa fabrication additive à l'aide d'un Mlab Cusing 100R, une machine de fusion sur lit de poudre à faisceau laser (PBF-LB) de GE Additive Concept Laser. Les pièces ont été produites à l'aide de poudre D50 micro Ti6Al4V par Meticuly Co Ltd, Bangkok, Thaïlande. Pendant le processus d'anodisation, cet implant de plaque servait d'anode, tandis qu'une plaque de platine commerciale (12 x 30 mm) d'Umicore servait de cathode. Sous atmosphère contrôlée, les plaques de Ti6Al4V ont été chauffées à 950°C pendant 2 heures dans un four électrique.

Avant l'anodisation, l'aspérité de surface des plaques de Ti6Al4V a été réduite par un broyage conventionnel avec du papier de grain 80 à 2000 et une sonication dans la solution acide, de l'eau déminéralisée et de l'éthanol.

Pour obtenir une surface nanostructurée avec des réseaux de TNT ordonnés avec un rapport d'aspect très élevé, des alcools polyhydriques contenant du fluorure - en particulier l'éthylène glycol, connu pour produire des surfaces biocompatibles et bioactives - ont été utilisés comme électrolyte. Les échantillons broyés ont été immergés dans l'électrolyte préparé à base d'éthylène glycol contenant une solution de mélange d'éthylène glycol à 98 % en poids, de fluorure d'ammonium (0,5 % en poids et d'eau déminéralisée à 1,5 % en poids pendant 1, 2, 3 et 4 heures. La solution d'électrolyte a été agitée en continu avec un barreau magnétique à 100 tr/min.

Après fabrication, les chercheurs ont étudié les TNT anodisés à l'aide de techniques de caractérisation telles que la microscopie électronique à balayage à émission de champ (FESEM), le compteur d'angle de contact, l'infrarouge à transformée de Fourier (FTIR), un microscope à force atomique (AFM) et la spectroscopie photoélectronique à rayons X afin de noter la morphologie, le comportement de mouillabilité, l'interaction entre les ions d'oxyde de titane, la taille des pores, la longueur et la rugosité de surface.

Les résultats ont montré qu'en contrôlant certains paramètres (par exemple, la composition de l'électrolyte, la tension, la pression atmosphérique et le temps d'anodisation), les TNT pouvaient être suffisamment améliorés pour agir comme un système de libération de médicament ciblé approprié lorsqu'ils étaient intégrés à la surface des implants fabriqués de manière additive. minimisant ainsi le risque d'infection.

La nature rugueuse, nanostructurée et nanoporeuse du TiO2 formé sur la surface Ti6Al4V devrait faciliter la biocompatibilité et l'ostéointégration de l'implant AM. Les chercheurs ont exprimé leurs attentes que les TNT chargés de médicaments serviront d'alternative à l'approche systémique actuelle d'administration de médicaments utilisée dans le traitement des infections.

L'article a été rédigé par H-thaichnok Chunate, Jirapon Khamwannah, Atchara Khamkongkaeo, Chiraporn Tongyam, Krittima Tumkhanon et Torlarp Sitthiwanit du Département de génie métallurgique, Université Chulalongkorn, Bangkok, Thaïlande ; Abdul Azeez Abdu Aliyu, Chedtha Puncreobutr et Boonrat Lohwongwatana du Département de génie métallurgique et du Centre de recherche biomédicale de Chulalongkorn ; Thanawat Phetrattanarangsi et Dechawut Decha-umphai du Département de génie métallurgique de Chulalongkorn et du Centre de recherche en biomécanique de Meticuly Co. Ltd., Bangkok ; Saran Tantavisut du département d'orthopédie de Chulalongkorn ; Pharanroj Pongjirawish du Centre de recherche en biomécanique de Meticuly ; et Theerapat Chanamuangkon du Centre d'essai des biomatériaux de Chulalongkorn.

'Architectures de nanotubes de titane synthétisées sur un implant Ti-6Al-4V imprimé en 3D et évaluation des protocoles de libération de vancomycine' est disponible dans son intégralité ici.

www.chula.ac.th

www.méticuleusement.com

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