Filmes finos híbridos nanoestruturados compatíveis com o tecido nervoso

Abstract

O interesse no desenvolvimento de materiais para aplicações médicas é enorme e as oportunidades da sua utilização na área das neurociências são consideradas como revolucionárias, com infindáveis potenciais aplicações. Uma dessas aplicações consiste na utilização de elétrodos que permitem fornecer estímulos elétricos ao tecido nervoso, permitindo não só reestabelecer a audição em surdos profundos, como tratamento de epilepsias, Alzheimer, tratamento de dor crónica ou depressão profunda resistente a fármacos, entre outros. De facto, este tipo de tratamento demonstrou a sua eficácia, mas com a reação do organismo o elétrodo acaba por ficar isolado e deixar de desempenhar a sua função. Contudo, o interesse não se centra apenas em desenvolver materiais maciços, mas também na modificação da sua superfície, que no fundo é o que está em contacto direto com o organismo. Filmes finos de materiais híbridos, nanoestruturados foram utilizados na modificação de um dos materiais atualmente usados como implantes neurais, o silício. Os filmes foram codepositados a partir de alvos de sílica e dopados com prata, cobre, ouro e a combinação de dois destes metais. As superfícies modificadas foram caracterizadas exaustivamente sendo de salientar os seguintes aspetos: todos os filmes finos, com teores de metal inferiores 25%at., eram nanocompósitos constituídos por uma matriz amorfa de sílica reforçada pela fase metálica (ou de óxidos de metal no caso do cobre), de dimensões manométricas. O estudo topográfico das superfícies evidenciou que o tamanho de partícula era inferior a 100 nm e a rugosidade média inferior a 25 nm. Após a avaliação da adesão dos filmes, por um teste específico para a aplicação final, as superfícies moderadamente hidrófilas e com potencial zeta negativo, por serem as descritas na literatura como sendo as mais favoráveis ao crescimento de neurónios, foram selecionadas para os ensaios antimicrobianos. As estirpes de bactérias selecionadas, Acinetobacter lwoffii (DSM 2403), Enterococcus faecalis (LMG 7937 ) e Pseudomonas aeruginosa (LMG 1242), são das mais estudadas em termos de infeções nosocomiais. Os testes realizados aferiram da formação de um halo de inibição quando em contato com os meios sólidos inoculados, bem como da capacidade inibitória na formação de colónias, quando as suspensões estiverem em contacto com as espécies libertadas pelas superfícies para soro fisiológico. A superfície que se evidenciou como mais promissora foi testada em cultura de células isoladas a partir do córtex frontal do embrião de rato. A cultura de células do córtex revelou que o revestimento, quando comparado com o material base do elétrodo, o silício, minimizou ou eliminou a adesão de células da microglia e astrócitos, e promoveu a adesão de neurónios. Assim, os resultados mostram que os filmes finos desenvolvidos e estudados ao longo deste trabalho são promissores para serem utilizados na modificação de matrizes de silício usados como implantes no tecido nervoso.

There is a huge interest in the development of materials for medical devices and the opportunities of its use in neurosciences area are revolutionary, with unlimited potential applications. One of the applications consists on electrodes which allow to deliver electric stimuli to nervous tissue, allowing to re-establish audition in deep deafness and treatment in Epilepsy, Alzheimer, chronic pain or drug resistant depression, among others. In fact, this kind of treatment has shown its effectiveness, but the organism reaction end up isolating the electrode and keeps it to work properly. However, the interest is not only on the bulk materials development, but also in modifying its surface, which is what is in close contact with the organism. Thin films of hybrid nanostructured materials were used in modifying the surface of one of the materials already used as neural implant: the silicon. The films where deposited with silica targets doped with silver, gold, copper, and the combination of 2 of these materials. The modified surfaces where extensively characterized where the following specs should be denoted: all the thin films with metal content below 25at.% where nanocomposites with an amorphous silica matrix reinforced with the metallic phase (or metal oxides in the copper case), of nanometric dimension. The topographic study of the surfaces shown that the particle size was smaller than 100nm and surface medium roughness inferior to 25nm. After adhesion evaluation of the coatings by a specific test for the envisaged application, the moderately hydrophilic surfaces with a negative zeta potential, described in the literature as the most favourable to the neuron growth, where selected for the anti-microbial tests. The selected bacteria, Acinetobacter lwoffii (DSM 2403), Enterococcus faecalis (LMG 7937 ) e Pseudomonas aeruginosa (LMG 1242), are the most studied in terms of nosocomial infections. The performed tests shown an inhibition halo when in contact with the inoculated solid mediums, as well as colony growth inhibition when the surfaces released particles to the saline solution which was used to perform the tests. The surface with the most promising results was used to frontal cortex rat embryo cell culture. The cortex cell culture revealed that the coating minimized or eliminated the microglia and astrocites adhesion and promoted neurons adhesion, when compared with the base material, silicon. So, the results shown the developed and studied coatings performed along this work are promising in the modification of the surface of silicon matrix used in nervous tissue implants.