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. 2022 Jul 22;58(2):284–289. doi: 10.1055/s-0042-1750751

Effectiveness in Sterilization of Objects Produced by 3D Printing with Polylactic Acid Material: Comparison Between Autoclave and Ethylene Oxide Methods

Carlos Henrique Ramos 1,, Pedro Minuzzi Wild 1, Eduardo de Carvalho Martins 1
PMCID: PMC10212635  PMID: 37252310

Abstract

Objective  Due to the popularity of 3D technology, surgeons can create specific surgical guides and sterilize them in their institutions. The aim of the present study is to compare the efficacy of the autoclave and ethylene oxide (EO) sterilization methods for objects produced by 3D printing with polylactic acid (PLA) material.

Methods Forty cubic-shaped objects were printed with PLA material. Twenty were solid and 20 were hollow (printed with little internal filling). Twenty objects (10 solid and 10 hollow) were sterilized in autoclave, forming Group 1. The others (10 solid and 10 hollow) were sterilized in EO, composing Group 2. After sterilization, they were stored and referred to culture. Hollow objects of both groups were broken during sowing, communicating the dead space with the culture medium. The results obtained were statistically analyzed (Fisher exact test and residue analysis).

Results  In group 1 (autoclave), there was bacterial growth in 50% of solid objects and in 30% of hollow objects. In group 2 (EO), growth occurred in 20% of hollow objects, with no bacterial growth in solid objects (100% of negative samples). The bacteria isolated in the positive cases was non-coagulase-producing Staphylococcus Gram positive.

Conclusions  Sterilization by both autoclave and EO was not effective for hollow printed objects. Solid objects sterilized by autoclave did not demonstrate 100% of negative samples and were not safe in the present assay. Complete absence of contamination occurred only with solid objects sterilized by EO, which is the combination recommended by the authors.

Keywords: sterilization; printing, three-dimensional; ethylene oxide; biodegradable plastics

Introduction

The use of three-dimensional (3D) technology for the printing of objects by additive manufacturing (AM) or 3D printing (prototyping) has been growing exponentially in the health area (orthopedics, bucomaxilofacial surgery, neurosurgery, and cardiac surgery, among others). 1 It can be applied for educational purposes (printing of anatomical parts, for example), surgical planning, creation of customized implants, orthotics, and external fixers and surgical reparators. 2 3 4 5 Specifically in the orthopedic area, surgeons and patients have benefited from this technology in the creation of surgical guides and in the prior planning for the intraoperative use of printed parts, guiding the correct position during osteotomies, bone perforations, and placement of various types of implant materials (Kirschner wires, drills and screws, etc.), reducing surgical time and improving accuracy. 6 7 8 9 10 With the popularization and greater accessibility of home 3D printers, surgeons have planned and created their guides in a homemade mode, sterilizing them in their institutions for use during surgery, discarding them after their application. The most used materials in mold prototyping are plastic filaments in polylactic acid (PLA) or acrylonitrile butadiene styrene (ABS) polymer, due to their cost-effectiveness and handling, but both still have difficulties for sterilization, mainly because they are thermosensitive. Some countries have rules for the specific processing of these types of 3D printed materials, but we have not found them in our environment so far. 11 The objective of the present work is to compare the efficacy and reliability of the autoclave and ethylene oxide (EO) methods for sterilization of objects printed in PLA, enabling their safe use in surgeries.

Material and Methods

Objects were designed in 3D format, creating standard STL files for prototyping (stereolithography), using the computer-assisted design (CAD) software Rhinoceros, version 5.5.4, licensed. After their creation, the files were prepared for 3D printing with the software Simplify3D, EULA, version 4.0.0, licensed, and were forwarded to printing on PLA plastic material. The printer used was the home model (desktop) Minibot 120. In the printing process, different percentages of object filling (infill) were chosen, creating totally solid ("massive") models or with empty space inside (hollow with "dead space"). ( Figure 1 ) Thus, 20 objects were printed in square format (1 cm 2 ), named solids (S), and 20 in rectangular (5.0 × 2.0 × 0.5cm), hollow objects, named "nonsolid" (NS). Two study groups were separated, the first with 10 objects type S and 10 type NS (G1), and the second (G2) in the same way, totaling 2 groups with 20 objects each. Objects from G1 were sent for sterilization by the steam method with autoclave (Sercon model), being processed by the "fast cycle" method at 121°, preventing the melting of the part. Objects from G2 were sterilized by the EO method ("cold") in a specialized center contracted by the institution. Each object was sterilized and packed separately in a standardized manner with double plastic protection, keeping it sterile and stored in an appropriate environment for 1 week ( Figure 2 ). In the 2 nd week, the objects were referred to culture in the microbiology laboratory of the institution. The procedures were performed by a specialized professional, duly attired, with the samples manipulated in a standard environment (laminar flow chapel for the protection of products handled inside, avoiding external contamination), after sterilization of the flow with 70% alcohol and with continuously lit fire. All samples from groups G1 and G2 were placed in sterile vials with Brian Heart Infusion (BHI) broth, which is an enrichment medium used in the recovery of fastidious or nonfastidious microorganisms, including aerobic and anaerobic bacteria and fungi) and maintained for 48 hours in an oven (34° to 37°C). At this stage, the NS type objects of the 2 groups were broken immediately before being introduced into the BHI culture medium, communicating the internal space ("dead space") with the exterior in order to also analyze the effectiveness in sterilization inside the hollow parts. For this reason, NS-type objects were printed in rectangular format, making them easier to break. ( Figure 3 ) After 48 hours, the samples were sowed in Blood Agar-MacConkey (using a rich base that provides growth conditions for most microorganisms) and in MacConkey Agar (a culture medium intended for the growth of Gram-negative bacteria and indication of lactose fermentation). After sowing, the cultures were kept in a greenhouse for 24 hours (for bacterial growth and subsequent reading) and the samples in broth were returned to the greenhouse (34° to 37°C) for incubation for another 15 days. After this period, they were sowed again in the same way, being submitted to a new reading. The collected data were analyzed with the aid of IBM SPSS Statistics for Windows, version 22.0 (IBM Corp., Armonk, NY, USA) software and of the Fisher exact test, followed by residue analysis when statistical significance was observed.

Fig. 1.

Fig. 1

Computer images demonstrating the creation of study objects with 3D technology. A) square and rectangle drawing in CAD software; B) preparation of the object for 3D printing with internal filling (infill) of 100%; C) preparation of the object with partial internal filling (hollow); D) photography showing printed objects with different filling percentages. Source: authors' file.

Fig. 2.

Fig. 2

Photograph showing storage mode of objects printed in double plastic after sterilization. Source: authors' file.

Fig. 3.

Fig. 3

Photography demonstrating detail in the process of sowing hollow objects (NS), which were broken immediately before placement in Brian Heart Infusion (BHI) broth. Source: authors' file.

Results

The results after 48 hours and 15 days of incubation were similar. In group G1 (sterilized in autoclave), there was bacterial growth in 50% of the samples of S objects (50% negative) and in 30% of NS objects (70% negative). In group G2 (sterilized in EO), there was no growth in 100% of the samples of S objects, but growth was observed in 20% of the NS objects (80% negative). These data, including the statistical calculations performed, are shown in Table 1 and in Figures 4 and 5 . The bacteria isolated in all cases of contamination was non-coagulase-producing Staphylococcus Gram positive.

Table 1. Results of bacterial growth in samples distributed by group (G1 and G2) and by type of objects (solid and hollow).

Objects, n (%)
Autoclave EO p-value
n = 10 n = 10
Solid parts (S)
Negative 5 (50.0) 10 (100.0) b 0.033
Positive 5 (50.0) b 0 (0.0)
Hollow parts (NS)
Negative 7 (70.0) 8 (80.0) 0.999
Positive 3 (30.0) 2 (20.0)

Abbreviatio ns: EO, ethylene oxide; Negative, samples without bacterial growth; NS, hollow parts; Positive, samples with bacterial growth; S, solid parts.

obtained after applying the Fisher exact test; b statistically significant value after residue analysis. Source: research data.

Fig. 4.

Fig. 4

Graphic demonstration of the statistical analysis comparing positive (growth) and negative (sterile) results after reading the crop samples with solid pieces (S). Abbreviation: OE, ethylene oxide; * Statistically significant value after residue analysis. Source: research data.

Fig. 5.

Fig. 5

Graphic demonstration of the statistical analysis comparing positive (growth) and negative (sterile) results after reading the samples of cultures with hollow pieces (NS). Abbreviation: OE:, ethylene oxide. Source: research data.

Discussion

The use of 3D technology in medicine has grown rapidly, benefiting several areas with its application, including orthopedics, 2 which is demonstrated by the growing number of publications on the subject. In a systematic review, Tack et al. 1 initially collected 7,482 papers for analysis. Among these, 60% were studies with applications of printed surgical guides or surgical planning. Despite the ease in manufacturing domestically these objects, the type of material and its sterilization remain the greatest difficulties. Among the available materials, PLA is the most used synthetic because it is biocompatible, nonpolluting (biodegradable and from renewable resources), low-cost, and is easy to handle, being also the material of preference by the authors. 12 13 For medical use, its main disadvantage is being thermosensitive, with the beginning of its melting occurring from 120°C, which can cause deformation in the part during the processes of steam sterilization and high temperature (autoclave), making its use unfeasible. 14 Since autoclave is the most accessible sterilization option available in most hospitals, it can be used by being programmed to run in "fast cycle" mode as an alternative for thermosensitive objects, subjecting the material to 121°C for a shorter period. This has demonstrated effective preservation of the original PLA. 12 15 16 The alternative method viable in our environment for "cold" sterilization of thermosensitive materials is EO. 17 18 19 20 Other "cold" methods, such as plasma gas and gamma rays, among others, are also effective, but are costly and may become unfeasible in some institutions. In a recent systematic review, Davila et al. concluded that the most universally used methods for this type of material are EO and gamma rays. Other methods, such as hydrogen peroxide/plasma gas, peracetic acid, and ozone have been explored as alternatives, but there is no defined standardization yet. 21 Materials more resistant to autoclave, such as the resin used in the dental environment, also require more expensive printers and raw material. Regulatory mechanisms standardize the use of autoclave and EO in the processing of the most common surgical materials, but this has not yet been clearly established for the objects obtained with 3D printing in our environment. For materials considered thermosensitive (punch batteries, endoscope plastic parts, etc.), EO remains the most recommended to prevent possible melting. 14 20 A concern in our study was regarding the efficacy in complete sterilization, including the internal space created in rectangular parts (NS), differentiating from the efficacy observed in solid parts (S). Printing with partial internal filling (% infill ) is common in household printings because the process is faster and more economical by using less raw material. Neches et al. 22 and Skelley et al. 23 demonstrated efficient sterilization of PLA printed objects automatically by the high temperature generated for the melting of the material during the printing of the objects, including the interior of the parts (∼ 200°C), requiring no further processing. Aguardo-Maestro et al. 24 compared autoclave, OE, and plasma gas methods in the sterilization of hollow printed objects after inoculating a bacteria suspension inside them, finding efficacy only in the first two methods. The plasma gas method was recommended by the authors only for objects without internal space (solids). 24 Our results demonstrated failures in the efficacy of the sterilization of hollow parts (NS) both by autoclave (G1) and by EO (G2), with bacterial growth in 30 and in 20% of the samples, respectively, suggesting that the "dead space" was not properly sterilized by neither method. Autoclave sterilization was also not proven safe by the "fast cycle" method, with contamination observed, in addition to the 30% of contamination observed in NS type parts and to the 50% of contamination observed solid parts (S). Therefore, we do not recommend autoclave for PLA sterilization. The Type S parts sterilized by EO were the only ones that did not have bacterial growth. The use of EO, in addition to being effective in this type of printing (S), has the advantage of not deforming PLA due to the the risk of its melting because it is a "cold" method. Therefore, we recommend, for objects printed with PLA material, full-fill printing (100% infill ) and sterilization in EO as an alternative to autoclave. As limitations of the present study, we can include the nonblinding and nonrandomization of objects, the possibility of contamination during preparation and sowing, the absence of a control group and of a comparison with other types of material. The small number of samples decreases the statistical relevance of our results, but does not invalidate it, since the sample test performed prior to the application of the statistical test showed a confidence of 95%, with a sampling error of 5% (or 0.05). Thus, future studies are necessary to define the most effective method for the sterilization of these objects, standardization, and control by regulatory mechanisms.

Conclusion

Sterilization by both autoclave and OE was not effective for hollow printed objects. Solid objects (printed with 100% internal filling) sterilized by autoclave did not demonstrate 100% of negative samples and were not safe in the present assay. Complete absence of contamination occurred only with solid objects sterilized by EO, with this being the combination recommended by the authors.

Agradecimento

Agradecemos à enfermeira Kelly Cristina Walkiu (afiliação: Hospital XV, Curitiba, PR) pela contribuição na confecção no presente manuscrito e na etapa de esterilização dos objetos de estudo e à biomédica Loriane Schneckenberg Mehl (ailiação: Hospital XV e Vicenlab, Curitiba, PR), pela contribuição nas etapas de semeadura e de leitura das culturas.

Acknowledgements

We would like to acknowledge the contribution of the nurse Kelly Cristina Walkiu (affiliation: Hospital XV, Curitiba, PR, Brazil) in the preparation of the present manuscript and in the stage of sterilization of the studied objects, as well as the contribution of the biomedic Loriane Schneckenberg Mehl (affiliation: Hospital XV and Vicenlab, Curitiba, PR, Brazil) in the stages of sowing and reading of cultures.

Funding Statement

Suporte Financeiro O presente estudo não recebeu nenhum suporte financeiro de fontes públicas, comerciais ou sem fins lucrativos.

Financial Support The present study received no financial support from public, commercial, or not-for-profit sources.

Conflito de Interesses Os autores declaram não haver conflito de interesses.

Trabalho desenvolvido no Hospital XV, Curitiba, PR, Brasil.

Work developed at Hospital XV, Curitiba, PR, Brazil.

Referências

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Eficácia na esterilização de objetos produzidos pela impressão 3D com material ácido polilático: Comparação entre os métodos autoclave e óxido de etileno

Resumo

Objetivo  Devido à popularidade da tecnologia 3D, cirurgiões podem criar guias cirúrgicos específicos e esterilizá-los nas suas instituições. O objetivo do presente estudo é comparar a eficácia dos métodos de esterilização por autoclave e óxido de etileno (OE) de objetos produzidos pela impressão 3D com material ácido polilático (PLA, na sigla em inglês).

Métodos  Quarenta objetos em formato cúbico foram impressos com material de PLA. Vinte eram sólidos e 20 eram ocos (impressos com pouco enchimento interno). Vinte objetos (10 sólidos e 10 ocos) foram esterilizados em autoclave, formando o Grupo 1. Os demais (10 sólidos e 10 ocos) foram esterilizados em OE, compondo o Grupo 2. Após a esterilização, os objetos foram armazenados e encaminhados para cultura. Objetos ocos de ambos os grupos foram quebrados durante a semeadura, comunicando o espaço morto com o meio de cultura. Os resultados obtidos foram analisados estatisticamente (teste exato de Fisher e análise de resíduo).

Resultados  No grupo 1 (autoclave) houve crescimento bacteriano em 50% dos objetos sólidos e em 30% dos objetos ocos. No grupo 2 (OE) o crescimento ocorreu em 20% dos objetos ocos, com ausência de crescimento bacteriano nos objetos sólidos (100% de amostras negativas). A bactéria isolada nos casos positivos foi Staphylococcus Gram positivo não produtor de coagulase.

Conclusões  A esterilização tanto em autoclave quanto pelo OE não foi eficaz para objetos impressos no formato oco. Objetos sólidos esterilizados em autoclave não demonstraram 100% de amostras negativas, não sendo seguro no presente ensaio. Ausência completa de contaminação ocorreu apenas com objetos sólidos esterilizados pelo OE, sendo a combinação recomendada pelos autores.

Palavras-chave: esterilização, impressão tridimensional, óxido de etileno, plásticos biodegradáveis

Introdução

A utilização da tecnologia tridimensional (3D) para a impressão de objetos pela manufatura aditiva (MA) ou impressão 3D (prototipagem) vem crescendo exponencialmente na área da saúde (ortopedia, cirurgia bucomaxilofacial, neurocirurgia e cirurgia cardíaca, entre outros). 1 A tecnologia de impressão 3D ser aplicada para fins educacionais (impressão de peças anatômicas, por exemplo), planejamento cirúrgico, criação de implantes customizados, órteses e fixadores externos, além de afastadores cirúrgicos. 2 3 4 5 Especificamente na área ortopédica, cirurgiões e pacientes têm se beneficiado desta tecnologia na criação de guias cirúrgicos e no planejamento prévio para a utilização intraoperatória das peças impressas, orientando a posição correta durante osteotomias, perfurações ósseas e colocação de diversos tipos de materiais de implante (fios de Kirschner, brocas e parafusos, etc.), reduzindo o tempo cirúrgico e melhorando a acurácia. 6 7 8 9 10 Com a popularização e maior acessibilidade das impressoras 3D domiciliares, cirurgiões têm planejado e criado seus guias de modo domiciliar, esterilizando-os nas suas instituições para utilização durante o ato operatório, descartando-os após sua aplicação. Os materiais mais usados na prototipagem dos moldes são filamentos plásticos em material ácido polilático (PLA, na sigla em inglês) ou polímero de acrilonitrila butadieno estireno (ABS) devido ao baixo custo e à facilidade de manuseio, porém ambos ainda apresentam dificuldades para esterilização, principalmente por serem termossensíveis. Alguns países apresentam regras para o processamento específico destes tipos de materiais impressos em 3D; contudo, não as encontramos no nosso meio até o momento. 11 O objetivo do presente trabalho é comparar a eficácia e a confiabilidade dos métodos autoclave e OE para esterilização de objetos impressos em PLA, possibilitando sua utilização segura em cirurgias.

Material e Métodos

Foram desenhados objetos em formato 3D, criando-se arquivos tipo STL padrão para prototipagem (estereolitografia), utilizando-se o software CAD (desenho assistido por computador) Rhinoceros, versão 5.5.4, licenciado. Após a sua criação, os arquivos foram preparados para impressão 3D com o software Simplify3D, EULA, versão 4.0.0, licenciado, e encaminhados para impressão em material plástico tipo PLA. A impressora utilizada foi do modelo doméstico (desktop) modelo Minibot 120. No processo de impressão, optou-se por porcentagens diferentes de preenchimento do objeto ( infill ), criando-se modelos totalmente sólidos (“maciços”) ou com espaço vazio no seu interior (ocos com “espaço morto”) ( Figura 1 ). Deste modo, foram impressos 20 objetos em formato quadrado (1 cm 2 ) sólidos (S) e 20 de formato retangular (5,0 × 2,0 × 0,5 cm) e ocos nominados “não-sólidos” (NS). Foram separados 2 grupos de estudo, sendo o primeiro com 10 objetos tipo S e 10 tipo NS (G1) e o segundo (G2) do mesmo modo, totalizando 2 grupos com 20 objetos cada. Objetos do G1 foram encaminhados para esterilização pelo método a vapor com autoclave (modelo Sercon), sendo processados pelo método “ciclo rápido” a 121°C, prevenindo o derretimento da peça. Objetos do G2 foram esterilizados pelo método OE (“a frio”) em um centro especializado e conveniado com a instituição. Cada objeto foi esterilizado e embalado separadamente de modo padronizado com proteção plástica dupla, sendo mantido estéril e armazenado em ambiente adequado por 1 semana ( Figura 2 ). Na 2ª semana, os objetos foram encaminhados para cultura no laboratório de microbiologia conveniado com a instituição. Os procedimentos foram realizados por um profissional especializado, devidamente paramentado, com as amostras manipuladas em ambiente padrão (capela de fluxo laminar para proteção dos produtos manipulados no seu interior, evitando contaminação externa), após sua esterilização do fluxo com álcool 70% e com fogo aceso continuamente. Todas as amostras dos grupos G1 e G2 foram colocadas em frascos estéreis com caldo Brian Heart Infusion (BHI, na sigla em inglês), que é um meio de enriquecimento utilizado na recuperação de microrganismos fastidiosos ou não, incluindo bactérias aeróbicas e anaeróbicas e fungos) e mantidas por 48 horas em estufa (34° a 37°C). Nesta etapa, os objetos tipo NS dos 2 grupos foram quebrados imediatamente antes de serem introduzidos no meio de cultura BHI, comunicando o espaço interno (“espaço morto”) com o exterior para análise da eficácia na esterilização também no interior das peças ocas. Por este motivo, os objetos tipo NS foram impressos em formato retangular, facilitando sua quebra. ( Figura 3 ) Após 48 horas, as amostras foram semeadas em Agar sangue-MacConkey (usando-se base rica que fornece condições de crescimento para a maioria dos microrganismos) e Agar MacConkey (meio de cultura destinado ao crescimento de bactérias Gram negativas e indicação da fermentação de lactose). Após a semeadura, as culturas foram para a estufa por 24 horas (para crescimento bacteriano e posterior leitura) e as amostras em caldo voltaram para a estufa (34° a 37°C) para incubação por mais 15 dias. Após este período, foram semeadas novamente do mesmo modo, sendo submetidas a nova leitura. Os dados coletados foram analisados com auxílio do software IBM SPSS Statistics for Windows, versão 22.0 (IBM Corp., Armonk, NY, EUA) e do teste exato de Fisher, seguidos de análise de resíduo quando foi observada significância estatística.

Fig. 1.

Fig. 1

Imagens de computador demonstrando a criação dos objetos de estudo com a tecnologia 3D. A) desenho de quadrado e retângulo em software CAD; B) preparo do objeto para impressão 3D com enchimento interno ( infill ) de 100%; C) preparo do objeto com enchimento interno parcial (oco); D) fotografia demonstrando objetos impressos com diferentes porcentagens de preenchimento. Fonte: arquivo dos autores.

Fig. 2.

Fig. 2

Fotografia demonstrando o modo de armazenamento dos objetos impressos em plástico duplo após esterilização. Fonte: arquivo dos autores.

Fig. 3.

Fig. 3

Fotografia demonstrando detalhe do processo de semeadura dos objetos ocos (NS), os quais foram quebrados imediatamente antes da colocação no caldo Brian Heart Infusion (BHI). Fonte: arquivo dos autores.

Resultados

Os resultados após 48 horas e 15 dias de incubação foram semelhantes. No grupo G1 (esterilizados em autoclave), houve crescimento bacteriano em 50% das amostras de objetos S (50% negativas) e em 30% dos objetos NS (70% negativas). No grupo G2 (esterilizados em OE), não houve crescimento em 100% das amostras de objetos S; contudo, houve crescimento em 20% das amostras de objetos NS (80% negativas). Estes dados, incluindo os cálculos estatísticos realizados, estão demonstrados na Tabela 1 e nas Figuras 4 e 5 . A bactéria isolada em todos os casos de contaminação foi o Staphylococcus Gram positivo não produtor de coagulase.

Tabela 1. Resultados do crescimento bacteriano nas amostras distribuídas por grupo (G1 e G2) e tipo de objeto (S e NS).

Objetos, n (%)
Autoclave OE valor-p
n = 10 n = 10
Peças sólidas (S)
Negativo 5 (50,0) 10 (100,0) b 0,033
Positivo 5 (50,0) b 0 (0,0)
Peças ocas (NS)
Negativo 7 (70,0) 8 (80,0) 0,999
Positivo 3 (30,0) 2 (20,0)

Abreviações: Negativo, amostras sem crescimento bacteriano; NS, peças ocas; OE, óxido de etileno; Positivo, amostras com crescimento bacteriano; S, peças sólidas.

valor obtido após aplicação do teste exato de Fisher; b valor estatisticamente significativo após análise de resíduo. Fonte: dados da pesquisa.

Fig. 4.

Fig. 4

Demonstração gráfica da análise estatística comparando resultados positivos (crescimento) e negativos (estéreis) após leitura das amostras de culturas com peças sólidas (S). Abreviação: OE, óxido de etileno. * Símbolo indicando valor estatisticamente significativo após análise de resíduo. Fonte: dados da pesquisa.

Fig. 5.

Fig. 5

Demonstração gráfica da análise estatística comparando resultados positivos (crescimento) e negativos (estéreis) após leitura das amostras de culturas com peças ocas (NS). Abreviação: OE, óxido de etileno. Fonte: dados da pesquisa.

Discussão

O uso da tecnologia 3D na medicina tem crescido rapidamente, beneficiando várias áreas com a sua aplicação, incluindo a ortopédica, 2 o que é demonstrado pelo número crescente das publicações sobre o assunto. Em uma revisão sistemática, Tack et al. 1 coletaram inicialmente 7.482 trabalhos para análise. Dentre estes, 60% foram estudos com aplicações de guias cirúrgicos impressos ou planejamento cirúrgico. Apesar da facilidade na fabricação doméstica destes objetos, o tipo de material e sua esterilização continuam sendo a maior dificuldade. Entre os materiais disponíveis, o PLA é o sintético mais utilizado por ser biocompatível, não poluente (biodegradável e proveniente de recursos renováveis), de baixo custo e de fácil manuseio, sendo também o material de preferência dos autores. 12 13 Para utilização médica, a sua principal desvantagem é ser termossensível, com início do seu derretimento ocorrendo a partir de 120°C, o que pode ocasionar deformação na peça durante o processo de esterilização a vapor e alta temperatura (autoclave), inviabilizando o seu uso. 14 Sendo a autoclave a opção de esterilização mais acessível e disponível na maioria dos hospitais, pode-se usá-la na programação no modo “ciclo rápido” como alternativa para os termossensíveis, submetendo o material à temperatura de 121°C durante um período mais curto, o que tem demonstrado preservação do PLA original com eficácia. 12 15 16 No nosso meio, o método alternativo viável para esterilização “a frio” dos temossensíveis é o OE. 17 18 19 20 Outros métodos “a frio”, como o gás plasma, raios gama, entre outros, também são eficazes; contudo, são de alto custo, podendo se tornar inviáveis em algumas instituições. Em uma revisão sistemática recente, Pérez Davila et al. concluíram que os métodos mais utilizados universalmente para este tipo de material são o OE e raios gama. Outros métodos, como peróxido de hidrogênio/gás plasma, ácido peracético e ozônio têm sido explorados como alternativas, mas ainda não há uma padronização definida. 21 Materiais mais resistentes à autoclave, como, por exemplo, a resina utilizada no meio odontológico, necessitam do mesmo modo de impressoras e de matéria-prima mais caras. Mecanismos regulatórios padronizam o uso da autoclave e do OE no processamento dos materiais cirúrgicos mais comuns, mas isto ainda não foi claramente estabelecido para os objetos obtidos por meio de impressão 3D no nosso meio. Para materiais considerados termossensíveis (baterias de perfuradores, peças plásticas de endoscópios, etc.), o OE ainda é o mais recomendado para prevenir o possível derretimento. 14 20 Uma preocupação no nosso estudo foi com relação à eficácia na esterilização completa, incluindo o espaço interno criado nas peças retangulares (NS), diferenciando-as das peças sólidas (S). A impressão com enchimento interno parcial (% de infill ) é comum nas impressões domiciliares pois o processo é mais rápido e econômico por utilizar menor quantidade de matéria-prima. Neches et al. 22 , e Skelley et al. 23 demonstraram esterilização eficiente dos objetos impressos em PLA automaticamente pela alta temperatura gerada para o derretimento do material durante a impressão dos objetos, incluindo o interior das peças (∼ 200°C), não necessitando de processamento complementar. Aguardo-Maestro et al. 24 compararam os métodos autoclave, OE e gás plasma na esterilização dos objetos impressos de modo oco após inocular uma suspensão de bactérias no interior dos mesmos, constatando eficácia apenas nos dois primeiros. O método pelo gás plasma foi recomendado pelos autores apenas para objetos sem espaço interno (sólidos). 24 Nossos resultados demonstraram falhas na eficácia da esterilização das peças ocas (NS) tanto pela autoclave (G1) quanto pelo OE (G2), com crescimento bacteriano em 30 e 20% das amostras, respectivamente, sugerindo que o “espaço morto” não foi devidamente esterilizado por nenhum dos dois métodos. A esterilização com autoclave também não comprovou ser segura pelo método “ciclo rápido,” com a contaminação observada, além de em 30% das peças tipo NS, em 50% das peças sólidas (S). Por este motivo, não recomendamos a autoclave para esterilização do PLA. As peças tipo S esterilizadas por OE foram as únicas que não tiveram crescimento bacteriano. A utilização do OE, além de ter sido eficaz neste tipo de impressão (S), tem a vantagem de não deformar o PLA pelo risco do seu derretimento, por se tratar de um método “a frio.” Recomendamos, portanto, para os objetos impressos com material PLA, a impressão com preenchimento completo (100% de infill ) e esterilização em OE em alternativa à autoclave. Como limitações do presente estudo, podemos incluir: o não cegamento e a não aleatorização dos objetos, a possibilidade de contaminação durante o preparo e a semeadura, a ausência de um grupo controle e da comparação com outros tipos de material. O número pequeno das amostras diminui a relevância estatística, porém não a invalida, já que o teste amostral realizado previamente à aplicação do teste estatístico demonstrou confiança de 95%, com erro amostral de 5% (ou 0,05). Deste modo, estudos futuros são necessários para a definição do método mais eficaz para esterilização destes objetos, a padronização e o controle pelos mecanismos regulatórios.

Conclusão

A esterilização tanto em autoclave quanto em OE não foi eficaz para objetos impressos no formato oco. Objetos sólidos (impressos com 100% de preenchimento interno) esterilizados pela autoclave não demonstraram 100% de amostras negativas, de modo que este método não demonstrou ser seguro no presente ensaio. Ausência completa de contaminação ocorreu apenas com objetos sólidos e esterilizados em OE, sendo a combinação recomendada pelos autores.


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