Impressão 3D de protótipos poliméricos biodegradáveis e com atividade antimicrobiana

Abstract

O avanço tecnológico atrelado às consequências ambientais, vem conduzindo ao aprofundamento e investigação na área de novos materiais sustentáveis e/ou biodegradáveis. Os polímeros biodegradáveis emergem como uma excelente alternativa, pois além de serem decompostos ao longo do tempo, podem ser aplicados em diversos segmentos, incluindo a área da saúde. Atualmente, o emprego de protótipos poliméricos fabricados por impressão 3D, com ou sem a adição de fármacos, representa uma inovação na regeneração e/ou suporte de tecidos biológicos. No entanto, esta é uma estratégia desafiadora, pois é necessário o conhecimento de condições específicas de processamento do polímero e seu comportamento na interface biomaterial e tecido biológico. Este projeto propõe desenvolver um arcabouço de polibutileno adipato co-tereftalado (PBAT) e incorporar a sua composição, um fármaco com atividade antimicrobiana, sulfato de gentamicina, em diferentes concentrações: 0,5; 2,0; 5,0% (m/m). Os arcabouços foram produzidos por prototipagem 3D através do processo de modelagem por fusão e deposição, através, do qual, um filamento termoplástico é aquecido por uma matriz de extrusão até sua fusão. Em seguida, o material é depositado em uma bandeja que dá forma ao objeto desejado. A temperatura utilizada para impressão foi de 150°C no bico de extrusão e 30°C na mesa coletora. A velocidade de impressão foi de 80% da capacidade total da máquina. Os protótipos foram analisados por técnicas de caracterização como MEV, TGA, FTIR-ATR, WCA e ensaios microbiológicos quantitativos e qualitativos. A análise microscópica revelou que a adição de gentamicina possivelmente alterou o tamanho dos poros dos protótipos. A análise térmica (TGA) mostrou que a adição de gentamicina alterou a estabilidade térmica do material, quando comparada ao polímero puro, sem adição do fármaco. Apesar de não ser possível detectar a adição de gentamicina por FTIR-ATR pode-se verificar que a mesma está presente no material através da mudança da molhabilidade da superfície por WCA. Além disso, os ensaios microbiológicosrevelaram que mesmo após 4 meses de armazenamento, os protótipos mantiveram sua capacidade de inibição do crescimento bacteriano. Com isto, pode-se concluir que a produção de protótipos de PBAT com adição de gentamicina por impressão 3D voltado para a regeneração de tecidos, possui potencial para ser implementado como opção de tratamento em saúde.

With the science and society advancement, it was necessary to invest and research for sustainable and biodegradable polymers. Biodegradable polymers are an excellent alternative, they can decompose and have applications in the medical field. The use of polymeric scaffolds by 3D printing with the addition of drugs to their composition can be used for tissue regeneration. The objective of this work is to develop a co-terephthalated polybutylene adipate (PBAT) scaffold with the addition of different concentrations of gentamicin sulfate, 0.5; 2.0; 5.0% (w/w). The scaffolds were produced by 3D printing t by a fusion and deposition process, through which a thermoplastic filament is heated by an extrusion die to melt and be deposited in a tray forming the desired object. The printing temperature was 150 ° C at the extrusion nozzle and 30 ° C at the collecting table. The printing speed was 80% of the machine's total capacity. The prototypes were analyzed by characterization techniques such as SEM, TGA, FTIR-ATR, WCA and quantitative and qualitative microbiological tests. Through SEM it can be verified that the addition of gentamicin to the polymer was able to modify the pore size of the prototype. In TGA the increase in the degradation temperature of the PBAT was observed. Itis not possible to detect the addition of gentamicin by FTIR-ATR, but it can be verified that it is present in the material by changing the surface wettability by WCA. In the microbiological tests, the results were favorable, showing that the scaffold has a great capacity to inhibit bacterial growth. In conclusion, the production of PBAT prototypes with the addition of gentamicin by 3D printing for tissue regeneration, can be implemented as a treatment option in the future.