Materiale antimicrobico a base ceramica per endoprotesi

Abstract

Questa tesi esplora lo sviluppo e la caratterizzazione di fosfati di calcio drogati con ioni metallici come possibile soluzione al crescente problema della resistenza antimicrobica (AMR). Con la ridotta efficacia degli antibiotici, sono necessarie strategie alternative; tra queste, i fosfati di calcio — già utilizzati in protesi e sistemi di rilascio di farmaci — mostrano un promettente potenziale antimicrobico. CAM Bioceramics ha sostenuto questa ricerca per valutarne ulteriormente le applicazioni.

L’obiettivo è stato sintetizzare polveri di fosfato di calcio drogate con diverse concentrazioni di ioni metallici, analizzarne le proprietà fisico-chimiche e valutarne il comportamento antimicrobico. Si è mirato a individuare una concentrazione ottimale capace di garantire efficacia antimicrobica e buona tolleranza cellulare.

La sintesi ha previsto la preparazione di sospensioni in ambiente acquoso, spray drying per ottenere particelle sferiche, trattamento termico e setacciatura per separare le frazioni per dimensione. Sono stati prodotti quattro lotti (A–D) con quantità crescenti di dopante. La caratterizzazione ha incluso analisi XRD, FT-IR, SEM e PSD. I test antimicrobici sono stati condotti su Staphylococcus aureus LUH 14616, ceppo clinico resistente agli antibiotici.

I risultati hanno mostrato la formazione di materiali bifasici dopo il trattamento termico, con incremento della fase β-TCP all’aumentare del dopante. La morfologia è risultata coerente tra i campioni, sebbene i lotti B–D abbiano mostrato un comportamento uniforme inatteso. I test hanno confermato un’efficace attività antibatterica a concentrazioni più elevate di dopante.

Sebbene le analisi cellulari non siano incluse, questo studio evidenzia il potenziale dei fosfati di calcio drogati con ioni metallici come materiali biocompatibili e antimicrobici, promettenti per future applicazioni biomediche.

This thesis explores the development and characterization of metal-ion-doped calcium phosphates as a potential solution to the growing problem of antimicrobial resistance (AMR). As antibiotics lose effectiveness, alternative strategies are needed, and calcium phosphates—already used in prosthetics and drug delivery—are promising due to their antimicrobial potential. CAM Bioceramics supported this research to further assess their applicability.

The study aimed to synthesize doped calcium phosphate powders with different metallic ion concentrations, analyze their physicochemical properties, and evaluate their antimicrobial behavior. The goal was to identify an optimal dopant level combining antimicrobial efficacy with good cellular tolerance.

The synthesis involved slurry preparation in aqueous medium, spray drying to form spherical particles, thermal treatment, and sieving to separate fractions by particle size. Four batches (A–D) with increasing dopant contents were produced. Characterization included XRD, FT-IR, SEM, and PSD analyses. Antimicrobial tests were performed on Staphylococcus aureus LUH 14616, an antibiotic-resistant strain.

Results showed the formation of biphasic materials after thermal treatment, with increased β-TCP content at higher dopant concentrations. Morphology remained consistent across samples, though batches B–D showed unexpected uniformity between sieved fractions. Antimicrobial assays confirmed enhanced antibacterial activity at higher dopant levels, even at reduced powder concentrations.

Although cellular analyses are not included, this work highlights the potential of metal-ion-doped calcium phosphates as biocompatible antimicrobial materials, offering a promising direction for future biomedical research and applications.