IMINTEX. I+D de IMplantes INnovadores basados en TEXtiles de uso médico E.7.1 Estudio técnico final de resultados del proyecto
Proyectos de I+D El contenido de este documento ha sido generado por AITEX y el IBV como resultado del proyecto IMINTEX (IMDECA/2015/25) en el marco de la convocatoria de ayudas dirigidas a centros tecnológicos de la Comunitat Valenciana para el ejercicio 2015 cofinanciado por el Fondo Europeo de Desarrollo Regional (FEDER) en un porcentaje del 50% a través del Programa Operativo FEDER de la Comunitat Valenciana 2014-2020, dentro del Eje Prioritario 1.
AITEX Instituto Tecnológico Textil Entregable 7.1 Estudio técnico final de resultados del proyecto Fecha: Diciembre 2015 1/16
Contenido Entregable 7.1 Estudio técnico final de resultados del proyecto...1 INTRODUCCIÓN 3 PT 2. DEFINICIÓN DE DEMOSTRADORES 4 PT 3. OBTENCIÓN DE ESTRUCTURAS TEXTILES PARA IMPLANTES MÉDICOS. 5 Tarea 3.1. producción de velos obtenidos a partir de nanofibras...5 Tarea 3.2. Obtencion de monofilamentos y multifilamentos....6 Produccion de tejidos válidos en implantes médicos....7 PT5. POST-TRATAMIENTO Y ESTERILIZACIÓN DE LAS ESTRUCTURAS TEXTILES 9 TAREA 5.1. ESTUDIO POST-TRATAMIENTO DE MATERIALES...9 Tarea 5.2. estudio del efecto de la esterilización...9 PT6. CARACTERIZACIÓN DE LAS ESTRUCTURAS TEXTILES 11 Tarea 6.1. Caracterización físico-química...11 Tarea 6.2. caracterización biológica...14 CONCLUSIONES GENERALES 15 FUTURAS LÍNEAS DE INVESTIGACIÓN 16 2/16
INTRODUCCIÓN Sirva este entregable para recoger la información generada debido a la experimentación realizada en el contexto del proyecto IMINTEX II y las conclusiones extraídas de ella. Se van a exponer los resultados fase por fase, enlazándolos de modo que se vea la total relación de los trabajos realizados. 3/16
PT 2. DEFINICIÓN DE DEMOSTRADORES Una de las líneas de trabajo que se ha seguido es el tratamiento de defectos condrales. Para ello se ha estudiado la problemática que generan y las actuales técnicas de tratamiento. Tras la búsqueda bibliográfica realizada, la lectura de documentación científica existente y el asesoramiento del personal técnico del IBV, se decide desarrollar velos de nanofibras con contenido de glicina a determinar. Por otra parte, definieron los parámetros de procesado de los materiales tejidos que se van usar durante el proyecto. En las siguientes tablas se muestra las concentraciones de aditivos y los parámetros de procesado seleccionados para la fabricación de los prototipos. Las concentraciones finales son: Monofilamento Multifilamento PET/Ion Negative 3% PET/Ion Negative 3% PET/Ag 2.5% PET/Ag 2.5% PET/Nano Far infrared 3% PET/Nano Far infrared 3% PET/Caolin 3% PET/Caolin 3% Los parámetros de procesado son: TAFETAN (20/20) SARGA (20/20) SARGA BATAVIA (20/20) RASO (20/20) PET/Ion Negative 3% PET/Ag 2.5% PET/Nano Far infrared 3% PET/Caolin 3% PET/Ion Negative 3% PET/Ag 2.5% PET/Nano Far infrared 3% PET/Caolin 3% PET/Ion Negative 3% PET/Ag 2.5% PET/Nano Far infrared 3% PET/Caolin 3% PET/Ion Negative 3% PET/Ag 2.5% PET/Nano Far infrared 3% PET/Caolin 3% 4/16
PT 3. OBTENCIÓN DE ESTRUCTURAS TEXTILES PARA IMPLANTES MÉDICOS. TAREA 3.1. PRODUCCIÓN DE VELOS OBTENIDOS A PARTIR DE NANOFIBRAS El polímero escogido para producir los velos de nanofibras enfocados al tratamiento de defectos condrales es el DL-PLG de grado médico. Lo primero que se ha hecho es poner a punto la morfología de estos velos de nanofibras, especialmente en cuanto al diámetro de las fibras. Tras realizar 18 combinaciones con los parámetros de la técnica de electrospinning, se ha obtenido un velo muy competitivo en cuanto a la perfección de la estructura macroscópica y el diámetro de fibra. Este velo corresponde a la referencia 5 de las pruebas y a continuación se muestran los parámetros de obtención. MUESTRA 5 VOLTAJE CAUDAL DISTANCIA AGUJA- COLECTOR 5,65/-5,91 kv 1 ml/h 20 cm HUMEDAD 47,62% TEMPERATURA 23,85 ºC Por supuesto, esta tarea ha ido en paralelo a la caracterización física de los velos, la cual se comenta más adelante. Una vez se consiguió definir el velo óptimo, se pasó a los trabajos con la glicina. La incorporación de la glicina al velo debía realizarse sin alterar estas características ya conseguidas. Para ello se hicieron pruebas para determinar la concentración de glicina adecuada. Finalmente, la concentración que mejores resultados daba morfológicamente hablando era al 5/16
2%. Además, se creyó conveniente esta concentración por ser la más elevada de las que se habían testado. La siguiente tabla recopila las condiciones de obtención de los velos con glicina. MUESTRA VOLTAJE CAUDAL DISTANCIA AGUJA- COLECTOR DL-PLG 30% + 2% Glicina 5.70/-5.91 kv 1 ml/h 20,2 cm HUMEDAD 43,27% TEMPERATURA 20,34 ºC Una vez más, esta tarea ha dependido de la caracterización física de las muestras que se iban obteniendo. TAREA 3.2. OBTENCION DE MONOFILAMENTOS Y MULTIFILAMENTOS. Se han desarrollado nuevos filamentos a través de la extrusión en fundido de los materiales poliméricos funcionalizados y desarrollados en el paquete de trabajo anterior. Durante esta tarea, se obtendrán diferentes materiales en forma de filamentos con propiedades innovadoras y que en la siguiente tarea se utilizarán para trabajar en la fabricación de los tejidos implantables. En el siguiente gráfico podemos ver cómo afecta la concentración de aditivo en la resistencia o tenacidad de los multifilamentos obtenidos, concluyéndose que a mayor % de carga las propiedades mecánicas empeoran. En el mismo gráfico puede verse como los hilos funcionalizados con Caolín son los que mayores propiedades mecánicas presentan. 6/16
PRODUCCION DE TEJIDOS VÁLIDOS EN IMPLANTES MÉDICOS. En esta parte del trabajo se desarrollaron las estructuras textiles llevadas a cabo con los diferentes hilos desarrollados en el proyecto. Los hilos y las diferentes estructuras textiles que se realizaron son los siguientes: TIPO DE HILO ºLIGAMENTO TIPO DE HILO ºLIGAMENTO PET/Micro Silver 4.5% TAFETÁN PET/Micro Caolin 4% SARGA 4 PET/Micro Silver 3.5% TAFETÁN PET/Micro Caolin 3% SARGA 4 PET/Micro Silver 2.5% TAFETÁN PET/Micro Caolin 2% SARGA 4 PET/Micro Silver 1.5% TAFETÁN PET/Micro Caolin 1% SARGA 4 PET/ Micro Far Infrared 4% TAFETÁN PET/Ion Negative 3% SARGA 4 PET/ MicroFar Infrared 3% TAFETÁN PET/Ag 2.5% SARGA 4 PET/ Micro Far Infrared 2% TAFETÁN PET/Nano Far infrared 3% SARGA 4 PET/ Micro Far Infrared 1% TAFETÁN PET/Caolin 3% SARGA 4 PET/Micro Caolin 4% TAFETÁN PET/Ion Negative 3% TAFETÁN PET/Micro Caolin 3% TAFETÁN PET/Ag 2.5% TAFETÁN PET/Micro Caolin 2% TAFETÁN PET/Nano Far infrared 3% TAFETÁN PET/Micro Caolin 1% TAFETÁN PET/Caolin 3% TAFETÁN PET/Ion Negative 3% TAFETÁN PET/Ion Negative 3% SARGA 4 PET/Ag 2.5% TAFETÁN PET/Ag 2.5% SARGA 4 PET/Nano Far infrared 3% TAFETÁN PET/Nano Far infrared 3% SARGA 4 PET/Caolin 3% TAFETÁN PET/Caolin 3% SARGA 4 7/16
PET/Micro Silver 4.5% SARGA 4 PET/Ion Negative 3% SARGA BATAVIA PET/Micro Silver 3.5% SARGA 4 PET/Ag 2.5% SARGA BATAVIA PET/Micro Silver 2.5% SARGA 4 PET/Nano Far infrared 3% SARGA BATAVIA PET/Micro Silver 1.5% SARGA 4 PET/Caolin 3% SARGA BATAVIA PET/ Micro Far Infrared 4% SARGA 4 PET/Ion Negative 3% RASO PET/ MicroFar Infrared 3% SARGA 4 PET/Ag 2.5% RASO PET/ Micro Far Infrared 2% SARGA 4 PET/Nano Far infrared 3% RASO PET/ Micro Far Infrared 1% SARGA 4 PET/Caolin 3% RASO 8/16
PT5. POST-TRATAMIENTO Y ESTERILIZACIÓN DE LAS ESTRUCTURAS TEXTILES TAREA 5.1. ESTUDIO POST-TRATAMIENTO DE MATERIALES Tras su obtención, los velos se secan para poder ser utilizados con total seguridad. El post-tratamiento más importante funcionalmente hablando que se realiza a los velos de nanofibras es una acabado con plasma. Se ha fijado una receta de tratamiento para estos velos de DL-PLG con y sin glicina. Ajustes generales Base pressure 50 mt Work pressure 250 mt Max. Pumpdown time 1200 s Stabilise time 30 s Operating time 5 s Flujo de gas: N2 100 cc/min RF RF 150 W A mayor tiempo o potencia de tratamiento, se observaba una pérdida de la continuidad superficial de los velos. TAREA 5.2. ESTUDIO DEL EFECTO DE LA ESTERILIZACIÓN Para poder aplicarse en el ámbito sanitario, nuestro producto debe ser estéril. Por esta razón se ha investigado cómo podemos esterilizar nuestros velos de nanofibras. Se propuso una esterilización con radiación beta a 25 kgy y 50 kgy y otra con ultravioleta. Y dos maneras de esterilizar los velos: - Velos envasados con las bolsas habituales de envasado de velos, bolsas con auto cierre. - Velos envasados en bolsas termo selladas y con testigo de esterilización. 9/16
De este modo los ensayos de esterilización son: 25 kgy auto cierre 25 kgy termo sellado 50 kgy auto cierre 50 kgy termo sellado UV auto cierre UV termo sellado La validez de estas esterilizaciones se comprueba con ensayos biológicos. 10/16
PT6. CARACTERIZACIÓN DE LAS ESTRUCTURAS TEXTILES TAREA 6.1. CARACTERIZACIÓN FÍSICO-QUÍMICA La caracterización ha consistido en medir el diámetro de las fibras y la masa laminar y el espesor de los velos para poder determinar qué velos son los más apropiados para nuestro fin. Con estos tres ensayos se decidió cual era el velo más óptimo para llevar a cabo un prototipo de reparación de defectos condrales. En la siguiente tabla se muestras los parámetros físicos de los velos. Diámetro predominante Masa laminar Espesor de velo Muestra 5 100-150 nm 0.150 g/m 2 65.171 nm DL-PLG 30% + 2% Glicina 100-150 nm 0.375 g/m 2 487.243 nm Además de para hacer las mediciones de diámetro y de espesor, la observación microscópica se ha realizado para comprobar la morfología de las fibras y de los velos en genera. 11/16
Figura 1. Sem velo Muestra 5 Figura 2. Sem velo DL-PLG 30% + 2% Glicina. 12/16
Por otra parte, a través del servicio externo NANOIMMUNOTECH, se ha valorado la liberación de glicina incorporada a los velos de nanofibras a lo largo de 45 días. Se ha comprobado que la liberación del activo es continua entre el día 0 y el día 3 del experimento y llega a ser de un 73%. 13/16
TAREA 6.2. CARACTERIZACIÓN BIOLÓGICA Entregable 7.1 Estudio técnico final de resultados del proyecto Mediante ensayos biológicos se ha analizado la validez de la esterilización realizada a los velos de nanofibras. Los resultados de estos ensayos se muestran en las tablas siguientes. Envase auto cierre Réplica 1 Réplica 2 Velo tratado con 25 kgy de radiación beta No estéril No estéril Velo tratado con 50 kgy de radiación beta No estéril No estéril Velo tratado con UV No estéril No estéril Envase sellado Réplica 1 Réplica 2 Velo tratado con 25 kgy de radiación beta Estéril Estéril Velo tratado con 50 kgy de radiación beta Estéril Estéril Velo tratado con UV No estéril No estéril Las conclusiones son por tanto: - No se puede esterilizar los velos de nanofibras mediante radiación ultravioleta. - Se pueden esterilizar los velos de nanofibras con 25 kgy de radiación beta si el velo está dentro de un envase termosellado. Por otra parte, a través de los servicios externos contratados se ha comprobado que: BIONOS Los velos de nanofibras de DL-PLG 30% + 2% glicina estimula la expresión de COLÁGENO 2. Este tipo de colágeno se encuentra principalmente en el cartílago y es sintetizado por el condroblasto. Es utilizado como marcador de condrocitos. 14/16
CONCLUSIONES GENERALES Tras todo un año dedicado a la obtención de estructuras textiles para aplicación en el tratamiento de problemas condrales, el trabajo concluye afirmando que: - Es posible obtener velos de nanofibras de DL-PLG de grado médico con un contenido en glicina del 2% - Estos velos pueden acondicionarse para poder ser empleados en el campo sanitario - Los velos liberan el 73% de la glicina que contienen en tres días - Los velos favorecen la síntesis de colágeno tipo 2, el cual es un marcador de condrocitos 15/16
FUTURAS LÍNEAS DE INVESTIGACIÓN Dados los buenos resultados científicos que se han alcanzado, convendría continuar la investigación iniciada en el proyecto IMINTEX. Las propuestas de continuación se centran en las siguientes líneas: Optimizar proceso de Electrospinning De modo que se asegure que toda la glicina que hay en la disolución pase al velo de nanofibras. Potenciar la síntesis de colágeno - Estudiar la relación entre la concentración de glicina del velo y el porcentaje de colágeno sintetizado. - Modificar la morfología (diámetro, espesor y gramaje) de los velos. Desarrollar otros demostradores Aplicar las estructuras textiles desarrolladas para el tratamiento de otra problemática. 16/16