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Impianti ossei intelligenti

Gli scienziati europei hanno unito le forze per creare nuovi impianti per applicazioni biomediche. Attraverso approcci innovativi, è stata creata una serie di scaffold che supportano la crescita delle cellule e la relativa differenziazione.
Impianti ossei intelligenti
L’aumento di invecchiamento della popolazione, associato all’aumento globale nel numero di incidenti, evidenzia la necessità di impianti ortopedici. Per curare le fratture ossee o riparare i tessuti danneggiati in modo efficiente e migliorare il recupero post-impianto, con una riduzione dei costi operativi, sono necessari nuovi approcci per la fabbricazione degli impianti.

Il progetto PLASMANANOSMART (Plasma- and electron beam-assisted nanofabrication of two-dimensional (2D) substrates and three-dimensional (3D) scaffolds with artificial cell-instructive niches for vascular and bone implants), finanziato dall’UE, è nato con l’obiettivo di studiare nuovi percorsi per la preparazione di substrati 2D funzionali o scaffold 3D. L’idea era quella di sfruttare questi scaffold per costruire nicchie artificiali per la crescita delle cellule, adatte per gli impianti ossei e artificiali.

I ricercatori hanno utilizzato poli(3-idrossibutirrato), policaprolattone e poli(3-idrossibutirrato-co-idrossivalerato) come materiale di partenza e leghe metalliche assieme a un rivestimento di idrossiapatite (HA). Diversi scaffold di varia struttura, morfologia, stechiometria e spessore sono stati ottenuti con rivestimenti nanostrutturati. La struttura interna degli scaffold è stata visualizzata usando i raggi X, il che ha permesso agli scienziati di stabilire la composizione adatta in quanto a resistenza alla corrosione e biodegradazione. I raggi X si sono rivelati un potente strumento di analisi per determinare con risoluzione elevata le dimensioni e la distribuzione spaziale delle nanoparticelle.

Il rivestimento di fosfato di calcio ha facilitato l’adesione delle cellule, la relativa proliferazione e il differenziamento cellulare, in modo molto efficiente. I materiali compositi contenenti nanoparticelle a base di HA, arricchiti con particelle inorganiche, hanno dimostrato avere migliori proprietà meccaniche e biologiche.

Gli scienziati, con l’aiuto della microscopia ottica ed elettronica, hanno studiato la morfologia e la crescita delle cellule su substrati di coltura tissutale 2D, come anche in ambienti 3D maggiormente fisiologici. Per imitare quest’ultima condizione e studiare l’interazione delle cellule con il materiale dello scaffold, sono stati usati bioreattori a sistema chiuso con continua introduzione di componenti e rimozione di prodotti del metabolismo.

I risultati dello studio sono stati pubblicati con particolare attenzione per l’importanza dei biomateriali in quanto al miglioramento della vita quotidiana. L’attuazione degli scaffold generati per la costruzione di impianti ossei sostituirà i materiali bioinerti e bioattivi aprendo la strada per lo sfruttamento di nicchie artificiali che supportano la crescita delle cellule e la relativa differenziazione.

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Keywords

Impianto osseo, scaffold, PLASMANANOSMART, rivestimento di idrossiapatite, nanoparticella