Applicazione del metodo Sol

Applicazione del metodo Sol-Gel nei biomateriali:
coating per impianti dentali e sistemi per il rilascio di farmaci.
Riassunto
Questo lavoro è stato incentrato sull’utilizzo della tecnologia Sol-Gel nel campo dei biomateriali,
sia nella preparazione di rivestimenti sia nella realizzazione di strutture tridimensionali. Ciò è stato
possibile sfruttando l’elevata versatilità del metodo, che permette di ottenere composti inorganici,
come coating ceramici depositati su viti in titanio destinate all’odontoiatria e sistemi ibridi
organico-inorganici, impiegati nella realizzazione delle matrici per il rilascio di farmaci.
Lo scopo della preparazione dei coating è stato quello di rendere bioattiva la superficie del titanio
tramite la deposizione di film di idrossiapatite (pura o insieme a zirconia) o fluoroidrossiapatite. Per
migliorare l’adesione del coating bioattivo sono stati formulati e depositati coating intermedi di
biossido di titanio e di titanato di calcio o zirconia. Sono state effettuate analisi IR, XRD SEMEDS, test in SBF per valutare il potenziale di mineralizzazione e test di corrosione. Inoltre i
campioni sono stati impiegati in uno studio comparativo con viti trattate via plasma spray e con
ablazione laser. Le analisi hanno mostrato che i coating ottenuti aderiscono bene al substrato, senza
alterarne la morfologia e mostrano una buona compattezza. Per quanto riguarda i test di
mineralizzazione, i campioni trattati con la serie ossido di titanio, titanato di calcio e idrossiapatite,
hanno mostrato una maggiore velocità di mineralizzazione rispetto a quelli ottenuti tramite Plasma
Spray e PLD.
Nel caso dei sistemi di rilascio di farmaci, sono stati messi a punto sistemi ibridi organicoinorganici porosi partendo da alcossidi di silicio e polietilenglicole (PEG 400). Il farmaco modello
scelto è stato il ketoprofene, aggiunto in soluzione prima della formazione dello xerogel. Sono state
messe a punto diverse formulazioni, caratterizzate tramite analisi IR, XRD, TGA e si sono studiate
le diverse velocità di rilascio, simulando in vitro il passaggio nell’ambiente gastrico e in quello
intestinale, utilizzando soluzioni a pH 1,2 e 7,5. Si è visto come la velocità di rilascio aumenti
all’aumentare della quantità di PEG utilizzato; a pH 7,5 il rilascio maggiore di farmaco (50% circa)
è stato osservato nel caso di campioni contenenti il 30% in peso di polimero, mentre nelle matrici
prive di PEG si è arrestato intorno al 12%. I risultati ottenuti suggeriscono anche una possibile
implantazione sottocutanea dei monoliti, in modo da ottenere oltre al rilascio per diffusione, un
successivo graduale rilascio grazie alla bioerosione della matrice.
Application of Sol-Gel method in biomaterials:
coatings on dental implants and drug delivery systems
Abstract
This work was based on the application of Sol-Gel technology in biomaterials field, both in coatings
and tridimensional structures preparing. The high versatility of this method allowed to obtain
inorganic compounds, such as ceramic coatings deposited on titanium dental screws and organicinorganic hybrid devices, studied as possible drug delivery systems.
The aim of the coatings was to make bioactive the titanium surface by means of hydroxyapatite
(alone or with zirconia) or hydroxyfluoroapatite deposition. Titania and calcium titanate or zirconia
coatings were interposed to enhance the adhesion of the final bioactive films. The coatings were
tested by IR, XRD, SEM-EDS analysis and subjected to a corrosion test; they were also soaked in
Kokubo’s SBF to evaluate their bone mineralization potential. The samples were compared to other
screws treated with Plasma Spray and PLD techniques. Analysis of Sol-Gel coatings showed a good
adhesion to the substrate, a good homogeneity without modification of the complex superficial
morphology. Concerning mineralization tests, in comparison with Plasma Spray and PLD samples
the screws treated with titania, calcium titanate and hydroxyapatite showed a higher mineralization
rate.
In matter of drug delivery, hybrid systems based on silicon alkoxides and polyethylene glycol (PEG
400) were synthesized. The model drug chosen, the ketoprofen, was loaded in solution, before
xerogel formation. The different formulations were characterized by XRD, FTIR, TGA. Drug
release studies were performed at pH 1,2 and 7,5, mimicking gastrointestinal environments. The
release of the drug was affected by the presence of PEG 400 in the formulation: a faster release was
observed for PEG hybrids. In the neutral medium, the ketoprofen released was about 50% for
samples containing 30% of PEG , while it was about 12% when PEG was not present. These results
suggest a possible subcutaneous implantation of the monoliths in order to obtain, in addition to the
release caused by means of diffusion, a progressive release through the bioerosion of the matrix.