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PTDC/CTM-NAN/4242/2014

PTDC


Código da Operação:
POCI-01-0145-FEDER-016891

Acrónimo: ClusterStent

Referência: PTDC/CTM-NAN/4242/2014

Objetivo temático: OT 1 - Reforçar a investigação, o desenvolvimento tecnológico e a inovação

Título: Clusters bimetálicos para ação antimicrobiana controlada em stents

Área Científica: Ciência e Engenharia de Materiais - Nanomateriais e Dispositivos

Síntese do Projeto: O desenvolvimento de filmes finos para novos biomateriais está a ganhar cada vez mais importância quer em termos científicos quer de aplicação industrial. Os stents ureterais já são utilizados há muitos séculos, tendo-se assistido, ao longo do tempo, a uma evolução dos materiais que os constituem. No entanto, a maioria dos pacientes com stents uretrais apresentam infeções e desconforto sendo, portanto, de extrema importância o desenvolvimento de novos materiais, que impeçam lesões indesejadas e graves da uretra bem como do uréter evitando a intervenção cirúrgica.
O desafio deste projecto é reunir investigadores com experiência em várias áreas, tais como, Química, Física, Engenharia de Materiais, Engenharia Biomédica e Urologia. Esta diversidade, aliada à experiência  anterior no desenvolvimento de biomateriais, será uma garantia para o sucesso do projecto. Convém salientar que o tema deste projecto é uma consequência directa da investigação que a equipa tem vindo a desenvolver sobre a aplicação de revestimentos Ag-DLC em stents uretrais. Apesar dos resultados promissores em relação à resistência à corrosão e baixa citotoxicidade, ainda não se conseguiram resolver outros problemas que normalmente surgem durante o seu uso, tais como: (i) segregação da Ag para a superfície de forma descontrolada, impedindo um fornecimento continuo e duradouro deste elemento para o meio; (ii) os revestimentos desenvolvidos não evitaram a colonização bacteriana, o que significa que embora ocorra segregação de Ag para a superfície não ocorre significativa ionização desta.
Para promover a libertação de Ag nos revestimentos DLC, propõe-se a incorporação de aglomerados bimetálicos de Ag-Au na matriz dos filmes à base de carbono. Uma vez que o Au é electroquimicamente mais positivo do que a Ag, será formado um par galvânico entre Au/Ag fomentando a libertação de Ag+. O tamanho, a quantidade e a distribuição dos aglomerados de Ag-Au na matrix de DLC serão fatores a serem estudados. Contudo, este processo só poderá ser bem sucedido se o teor de Ag contido na superfície do revestimento for constante, de maneira a que a taxa de libertação de iões e o efeito antimicrobiano seja mantido durante o tempo em que o dispositivo está em serviço. Este controlo será de facto a inovação do projecto aqui proposto.
De acordo com a experiencia adquirida pela equipa na deposição de DLC, é possível, manipulando as condições de deposição, que estes revestimentos consigam atingir propriedades variando desde polímero até diamante, sem comprometer a biocompatibilidade.
Este know-how da equipa será fundamental para o desenvolvimento do sistema desejado. O primeiro passo consistirá na deposição de uma camada de DLC na superfície do stent, responsável pela resistência à corrosão. Seguidamente depositar-se-á, usando um canhão de clusters, um nanocompósito composto por clusters de Ag-Au embebidos na matriz de carbono. Esta camada permitirá uma libertação contínua de Ag+ para o meio envolvente, quer através de difusão de Ag para a superfície, quer por penetração do electrólito (urina) que potencia o contacto com os átomos da Ag, provocando a ionização destes. Este compromisso entre ionização da prata a permeabilidade da urina será conseguido alterando a composição química, tamanho e incorporação do cluster bimetálico na matriz de DLC. É importante referir que estes nanoaglomerados bimetálicos desempenham um papel fundamental na libertação de Ag+, uma vez que os mecanismos de corrosão galvânica só são alcançados quando ambos os materiais estão em contacto e imersos num electrólito.
A deposição das amostras será baseada num processo iterativo que consiste na caracterização electroquímica e física e que permitirá o desenvolvimento de um modelo que relacionará a taxa de libertação de iões de Ag com a estrutura, morfologia e espessura da matriz de DLC, e com a incorporação dos nanoaglomerados bimetálicos nesta matrix. Este modelo visa prever o dimensionamento dos aglomerados bimetálicos, bem como a sua composição química, para garantir a relação desejável entre a citotoxicidade e o efeito bactericida prolongado.
Este estudo tem que ser complementado com uma caracterização mais aprofundada que permita, simultaneamente, depositar revestimentos com resistência à corrosão, elasticidade e propriedades tribológicas adequadas. Finalmente, a citotixicidade será determinada segundo as normas ISO10993. Os revestimentos que não apresentam nenhum efeito tóxico serão testados em termos das suas propriedades antimicrobianas contra bactérias e leveduras.
Em conclusão, a equipa de investigação está convicta que reúne todo o conhecimento e experiência necessários para atingir o principal objectivo do projecto – o desenvolvimento de uma solução optimizada para stents urinários com a previsão de uma transferência de tecnologia num futuro próximo.

Investigador Responsável: Doutor Albano Augusto Cavaleiro Rodrigues de Carvalho

Programa de Financiamento: PT2020 – SAICT –PTDC/ICDT

Instituição Financiadora: FCT - Fundação para a Ciência e a Tecnologia

Data de início: 01-07-2016

Data de conclusão: 30-06-2019

Instituições participantes no Projeto: Universidade do Minho (proponente); Universidade de Coimbra

Custo total elegível (EUR): 76.680,00€

Apoio financeiro da UE: 65.178,00€

Apoio financeiro público nacional: 11.502,00€

Técnico do Projeto: Paula Lopes

Contacto: 239247024