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El XXIII Congreso Nacional de la Sociedad Española de Enfermedades Infecciosas y Microbiología Clínica premia el trabajo “Recubrimiento sol-gel cargado con MOX para prevenir las infecciones ortopédicas asociadas a biomateriales”

Amaya García-Casas, John J. Aguilera-Correa, Jaime Esteban, Antonia Jiménez-Morales

El trabajo de investigación presentado en el XXIII Congreso Nacional de la Sociedad Española de Enfermedades Infecciosas y Microbiología Clínica titulado “Empleo de un recubrimiento sol-gel órgano-inorgánico cargado con moxifloxacino para prevenir las infecciones ortopédicas asociadas a biomateriales” será premiado como una de las seis mejores comunicaciones presentadas en dicho evento científico (23-25 mayo 2019, Madrid). El premio se entregará en la Asamblea de la SEIMC el 24 de mayo de 2019 de 17:30 a 19:00h.

El trabajo está planteado como una colaboración interdisciplinar entre investigadores del Grupo de Investigación de Tecnología de Polvos de la Universidad Carlos III de Madrid e investigadores del Departamento de Microbiología del Instituto de Investigación Sanitaria de la Fundación Jiménez-Díaz.

La necesidad social detectada se centra en los problemas que causan las infecciones tras una cirugía ortopédica que, aunque ocurren con poca frecuencia, representan una de las complicaciones más importantes.
Staphylococcus aureus y S. epidermidis son los agentes infecciosos más comúnmente aislados de estas infecciones. Sin embargo, las bacterias gramnegativas, por ejemplo Escherichia coli y otras enterobacterias, están ganando relevancia en los últimos tiempos. Como alternativa a las soluciones actuales se propone una novedosa terapia antibiótica local, que permitiría prevenir o tratar localmente estas infecciones sin aparición de efectos sistémicos indeseables. La novedad está en la utilización de la tecnología sol-gel ya que permite cargar con antibióticos y moléculas osteointegrativas, como los compuestos organofosfíticos, materiales que pueden ser procesados como recubrimientos de las prótesis articulares.

El objetivo de este trabajo es evaluar el efecto antiinfeccioso de los recubrimientos sol-gel cargados con moxifloxacino (MOX) utilizando un modelo murino in vivo de infección protésica articular. Para ello se establecieron seis grupos de animales de cinco ratones: un grupo control, al que sin infección y con implantes de Ti-6Al-4V pulidos químicamente; un grupo infectado con S. aureus y con implantes de Ti-6Al-4V pulidos químicamente; un grupo infectado con E. coli y con implantes de Ti-6Al-4V pulidos químicamente; un grupo al que sin infección y con implantes de Ti-6Al-4V pulidos químicamente y recubierto con sol-gel cargado con MOX; un grupo infectado con S. aureus y con implantes de Ti-6Al-4V pulidos químicamente y recubierto con sol-gel cargado con MOX; y un grupo infectado con E. coli y con implantes de Ti-6Al-4V pulidos químicamente y recubierto con sol-gel cargado con MOX.

Se obtuvieron resultados muy prometedores, y se pudo concluir que el recubrimiento sol-gel híbrido organo-inorgánico cargado con moxifloxacino diseñado puede completamente prevenir las infecciones asociadas a biomateriales empleados en cirugía ortopédica ocasionadas por dos de los patógenos más frecuentemente asociados con este tipo e infecciones.

Parte de este trabajo está financiado por la Mutua Madrileña dentro de la XIV Convocatoria a la Investigación en Salud de la Fundación Mutua Madrileña. Los satisfactorios resultados obtenidos en esta investigación han permitido obtener una patente nacional (P201730628) que protege tanto el producto como el procedimiento para obtenerlo.

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Procesamiento pulvimetalúrgico de aleaciones beta de Ti-Nb de bajo coste

El Titanio y sus aleaciones son los metales más comúnmente utilizados en prótesis ortopédicas e implantes dentales. Sin embargo, todavía existen algunos problemas que es necesario abordar, como la resorción del hueso (osteopenia) debido al fenómeno de apantallamiento de tensiones (stress shielding), baja resistencia a tribocorrosión (dando lugar a liberación de iones metálicos y residuos de desgaste, con efectos nocivos locales o sistémicos), y falta de bioactividad.

Parte de la solución a estos problemas clínicos consiste en el uso de aleaciones de Ti-Nb de bajo módulo de Young en los que, posteriormente se pueden crear superficies hibridas y multifuncionales resistentes a tribocorrosión.

El Grupo de Tecnología de Polvos (GTP) de la Universidad Carlos III de Madrid trabaja en el desarrollo de aleaciones beta de titanio de bajo coste empleando hidruro de titanio (TiH2, TH), niobio (Nb) y hierro (Fe) como polvos de partida. Se trabaja en el desarrollo de tres aleaciones con la siguiente formulación/composición: TH-12%wt Nb, TH-40%wt Nb y TH-5% Fe-12%wt Nb. La adición de Fe disminuye el contenido de Nb necesario para obtener/estabilizar una mayor fracción de fase beta, tal como se observa en la Figura 1.

Figura 1 Diagramas de fase obtenidos con el software Thermocalc®. a) Sistema Ti-Nb; b) Sistema Ti-5Fe-Nb

Figura 1 Diagramas de fase obtenidos con el software Thermocalc®. a) Sistema Ti-Nb; b) Sistema Ti-5Fe-Nb

El procesado de estos materiales consiste en una ruta pulvimetalúrgica convencional: Comienza con la mezcla elemental de los polvos, seguido de un prensado uniaxial y finalmente, la sinterización en condiciones de alto vacío. Este último paso debe garantizar la estabilización de la fase beta y la mayor conversión de TiH2 a Ti metálico.
El proceso de descomposición del TiH2 ocurre en dos etapas entre 450-650ºC, por lo que se han planteado distintos ciclos de sinterización que promuevan la eliminación de H2, controlando la velocidad de calentamiento en este intervalo de temperatura y optimizando tanto el tiempo como la temperatura final de sinterización (Figura 2.a).

Los resultados obtenidos indican una mayor pérdida de H2, alrededor de 98%, para las muestras sinterizadas con los ciclos 3 y 4, es decir, que la disminución de la velocidad de calentamiento a 2ºC/min durante la etapa de descomposición del hidruro favorece la eliminación de H2. (Figura 2.b).

Figura 2. a) Ciclos de sinterización planteados; b) Pérdida de H2 obtenida para los distintos ciclos de sinterización aplicados.

Figura 2. a) Ciclos de sinterización planteados; b) Pérdida de H2 obtenida para los distintos ciclos de sinterización aplicados.

La figura 3 muestra imágenes de SEM de las muestras sinterizadas con el ciclo 4. La muestra TH-12Nb tiene una microestructura α+β. La muestra TH-40Nb y TH-5Fe-25Nb presentan una microestructura principalmente β. Las zonas brillantes en la Figura 3.b corresponden a zonas ricas en Nb, entonces, la difusión del Nb ha sido incompleta debido al alto porcentaje añadido y al bajo coeficiente de difusión del Nb en el Ti.

La densidad relativa de las muestras sinterizadas es de 99% ± 1 para las muestras TH-12Nb y TH-5Fe-25Nb, y 96% ± 2 para la composición TH-40Nb debido a los problemas de segregación y difusión incompleta del Nb.

Figura 3 Imágenes de SEM de muestras sinterizadas con el ciclo 4. a) TH-12Nb; b) TH-40Nb; c) TH-5Fe-25Nb

Figura 3 Imágenes de SEM de muestras sinterizadas con el ciclo 4. a) TH-12Nb; b) TH-40Nb; c) TH-5Fe-25Nb


La línea actual de investigación se centra en buscar alternativas para mejorar la dispersión y difusión de las partículas de Nb, siendo el procesamiento coloidal una alternativa interesante a considerar.

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