Optimización de la formulación de un cemento óseo acrílico cargado con microcápsulas de rifampicina

Abstract

El cemento óseo es un material polimérico utilizado para aplicaciones ortopédicas como método de unión de la interfaz hueso-prótesis. A pesar de ser una de las técnicas de fijación en ortopedia más utilizadas, su uso presenta cierto riesgo de infección que puede comprometer el éxito de la intervención quirúrgica. Como solución, se han desarrollado composiciones de cementos óseos que incluyen antibióticos como aditivos, de forma que, una vez el cemento esté aplicado, el antibiótico se libere in situ de forma gradual gracias a los fluidos corporales. La rifampicina es un antibiótico que presenta una elevada actividad antibacteriana especialmente contra el microorganismo que se prolifera en la periferia del implante creando un biofilm, impidiendo la actividad de otros antibióticos sobre la infección. Sin embargo, la utilización de este antibiótico como aditivo del cemento es limitado debido a que influye negativamente al proceso de curado y las propiedades mecánicas del cemento. Este proyecto fin de máster tiene como objetivo principal evaluar la microencapsulación de la rifampicina utilizando una cubierta polimérica biodegradable. Esto permite introducir el antibiótico en la matriz del cemento, sin que éste afecte al proceso de polimerización. Así, se hace posible el uso de la rifampicina como aditivo para el cemento óseo y se consigue un mayor efecto antibacteriano sin alterar las propiedades. Para ello se ha evaluado en primer lugar, la influencia de la rifampicina sin encapsular y microencapsulada en el proceso de polimerización y las propiedades mecánicas del cemento. Posteriormente, con el objetivo de estandarizar el proceso de producción, se ha estudiado la influencia de los métodos de secado y triturado de las microcápsulas buscando una mayor liberación del medicamento y preservar las propiedades del cemento óseo.

Bone cement is a polymer material used as a binding element between bone-prosthetics in orthopedics. Despite being one of the most used joint in orthopedics surgery, it presents the risk of infections that could compromise the surgery success. As a solution, different bone cements' formulations loaded with antibiotics have been developed in order to prevent and mitigate infections. Once the bone cement is applied, it represents the binding element between bone-prosthetics connection and at the same time, the antibiotic is gradually released by human body fluids. Rifampicin is an antibiotic that is known because of its high antibacterial activity against the bacteria that tends to create a biofilm around the prosthetics that avoids another antibiotics activity over the infection. Nevertheless, rifampicin use as bone cement antibiotic additive is limited because of its negatives effects over the polymerization process and bone cement’s mechanical properties.

The main objective of this research is to evaluate the microencapsulation technique as an alternative way to use the rifampicin as a bone cement antibiotic additive. Furthermore, finding the optimal microcapsules’ manufacture process is needed, in order to achieve the greatest antibacterial effect without altering (negatively) bone cement mechanical properties.

To achieve this objective, this project is divided in two main parts. First, the determination of the mechanical properties of bone cement loaded with rifampicin with and without microencapsulation in order to test/verify the antibiotic addition effects over the polymerization process and also over mechanical properties. After that, the microcapsules are tested in order to find the dry and grid methods of the manufacturing process that allows rifampicin microcapsules to preserve good elution and bone cement mechanical properties.