Strategie per apportare proprietà antibatteriche ai dispositivi ortopedici impiantabili

Osteoarticular pathologies are one of the main causes of chronic pain, physical disability and invalidity. The procedure currently most used for the treatment of these pathologies, in particular arthrosis of hip and knee, is prosthetic orthopedic surgery which guarantees to the patient a rapid joint recovery, accompanied by the disappearance of pain and an improvement in the quality of life. Although the success rates of an osteoarticular prosthetic implant are particularly high, one of the main causes of implant failure is prosthetic infection which has a significant impact in terms of health and healthcare costs, often increasing the morbidity rate and, especially in the elderly population, mortality. The prevention of the implant infection, for example through the control of bacterial adhesion and the consequent formation of superficial biofilm, is therefore the key factor for the management of such a devastating complication. The ultimate goal of this work was to collect and describe some of the main strategies used with the aim of bringing antibacterial properties to implantable orthopedic devices, to avoid the formation of superficial biofilms through repellent or bactericidal properties against microorganisms, main cause of the development of infective processes. The final part of this thesis reports an experimental example in which ions with known antibacterial properties are embedded in a thin film of titanium dioxide, made using the sol-gel technique and deposited on the sandblasted surface of cylindrical CrCoMo samples, with the aim of reducing surface bacterial adhesion and subsequent biofilm formation. Finally, the real antibacterial action of doping agents and their possible cytotoxicity towards eukaryotic cells will be evaluated by microbiological and cytotoxicity tests.

Le patologie osteoarticolari sono una delle principali cause di dolore cronico, di disabilità fisica e di invalidità. La procedura ad oggi più utilizzata per il trattamento di queste patologie, in particolare dell’artrosi di anca e ginocchio, è la chirurgia ortopedica di tipo protesico che garantisce al paziente un rapido recupero articolare, accompagnato dalla scomparsa del dolore e da un miglioramento della qualità della vita. Nonostante le percentuali di successo di un impianto protesico osteoarticolare siano particolarmente elevate, una delle principali cause di fallimento dell’impianto è l’infezione protesica che comporta un notevole impatto in termini di costi sanitari e di salute, spesso incrementando il tasso di morbidità e, soprattutto nell’anziano, di mortalità. La prevenzione del processo infettivo, ad esempio attraverso il controllo dell’adesione batterica e della conseguente formazione di biofilm superficiale, è quindi il fattore chiave per la gestione di una complicazione così devastante. Il fine ultimo di questo lavoro è stato quello di raccogliere e descrivere alcune delle principali strategie utilizzate con l’obbiettivo di apportare proprietà antibatteriche ai dispositivi ortopedici impiantabili, per evitare, attraverso proprietà repellenti o battericide nei confronti dei microorganismi, la formazione di biofilm superficiale, principale causa dello sviluppo di processi infettivi. La parte conclusiva dell’elaborato riporta un esempio sperimentale in cui vengono inglobati ioni dalle note proprietà antibatteriche in un sottile film di biossido di titanio, realizzato mediante la tecnica sol-gel e depositato sulla superficie sabbiata di campioni cilindrici di CrCoMo, con l’obbiettivo di ridurre l’adesione batterica superficiale e la conseguente formazione di biofilm. Verranno infine valutate, mediante prove microbiologiche e di citotossicità indiretta, la reale azione antibatterica degli agenti dopanti e la loro eventuale citotossicità verso le cellule eucariote.