Elettrodeposizione catodica di calcio fosfati caricati con ioni metallici per la realizzazione di coating con proprietà osteointegrative e antibatteriche

Nowadays, orthopaedic prosthetic devices are widely used worldwide to treat many different joint pathologies. Among the complications associated to the surgery which can lead to the failure of the prosthetic device, we find the periprosthetic joint infection (PJI). To counteract the onset of PJI, innovative options are emerging and the scientific research is investigating the surface modification of the prosthetic devices as anti-adhesive and antimicrobial strategy. Among the most promising options we find coatings loaded with antibacterial agents. The aim of the present study is to evaluate the possibility to develop antibacterial coatings for orthopaedic implants using a simple technique. In particular, the purpose is to produce brushite coatings loaded with antimicrobial metal ions (Ag, Ga, Bi) on titanium surfaces through cathodic electrodeposition. In the working conditions adopted, the cathodic electrodeposition turned out to be a valid technique for the loading of Ag, Ga and Bi into calcium phosphates coatings. Through coatings characterization, some aspects were investigated, including weight, thickness, morphology, composition and phase of calcium phosphates. The potential antimicrobial effect of the coatings was investigated against S. aureus, one of the main causes of PJI. Microbiological tests did not show an antibacterial effect due to the release of metal ions from the coatings higher than that of only brushite deposit. On the other hand, Ag-doped coatings revealed a strong antibacterial effect due to the direct contact between pathogen organisms and coatings. Because of the variability and the low significance of the comparisons with the brushite reference, it was not possible to draw conclusions on the potential antimicrobial effect due to the contact with Bi and Ga-doped coatings.

Ad oggi, in campo ortopedico, tra le complicanze più temibili che possono portare al fallimento degli impianti si trova l’infezione periprotesica (IPP). Strategie innovative per contrastare l’insorgenza della IPP, in gran parte ancora in fase di ricerca, consistono in una modifica della superficie del dispositivo tale da conferire proprietà antimicrobiche. In particolare, la realizzazione di rivestimenti caricati con agenti antibatterici sembra essere un’opzione promettente. L’obiettivo generale del presente lavoro di tesi è valutare la possibilità di realizzare rivestimenti in calcio fosfati con proprietà osteointegrative e antibatteriche per protesi ortopediche tramite una tecnica di semplice sviluppo e utilizzo. In particolare, l’intenzione è quella di produrre, su superfici in lega di titanio, coating di brushite caricati con ioni metallici Ag, Ga e Bi (dalle note proprietà antimicrobiche) utilizzando l’elettrodeposizione catodica. Nelle condizioni di lavoro adottate, l’elettrodeposizione catodica si è dimostrata essere una tecnica valida per il caricamento di Ag, Ga e Bi all’interno dei rivestimenti a base di calcio fosfati. Tramite caratterizzazione dei coating, si sono indagati alcuni aspetti quali peso, spessore, morfologia, composizione e fase dei calcio fosfati. Il potenziale effetto antimicrobico dei rivestimenti realizzati è stato indagato nei confronti di S. aureus, una delle principali cause di infezione periprotesica. I test microbiologici non hanno mostrato un’azione antibatterica dovuta al rilascio degli agenti metallici dal coating superiore a quella dei rivestimenti in sola brushite. Una marcata azione antibatterica, dovuta al contatto diretto tra organismi patogeni e coating, si è invece rivelata nel caso dei rivestimenti caricati con argento. Data la variabilità dei risultati ottenuti e la scarsa significatività dei confronti rispetto al riferimento in brushite, non è stato invece possibile trarre conclusioni in merito al potenziale effetto antimicrobico di contatto dei rivestimenti dopati con bismuto e gallio.