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Molecular design of biologically inspired soft materials for hard tissue regeneration

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Biosoluzioni per la rigenerazione ossea

Gli attuali problemi legati alle procedure di trapianto aumentano la necessità di nuovi biomateriali per il trattamento delle lesioni ossee. Uno studio di ricerca ha esplorato la formulazione di idrogel biodegradabili da iniettare nel sito della frattura, per facilitare la rigenerazione.

Salute

I disordini muscoloscheletrici colpiscono un gran numero di persone in tutto il mondo e sono la causa principale di dolore a lungo termine e a volte anche di disabilità fisica. In quasi un milione di casi è necessario ricorrere all’innesto di impianti ossei che, grazie al ricorso a biomateriali innovativi, potrebbero favorire la rigenerazione. Gli idrogel sono materiali estremamente interessanti ai fini dell’ingegnerizzazione dei tessuti, poiché ricapitolano il microambiente osseo. Il supporto della matrice extracellulare e dei fattori di crescita per la rigenerazione ossea è ottenuto tramite gli scaffold 3D, che favoriscono la rigenerazione endogena o la differenziazione delle cellule osteoprogenitrici, fondamentali nella crescita e nella riparazione delle ossa. Contemporaneamente, gli idrogel possono incapsulare un gran numero di cellule, facilitando la diffusione dei necessari nutrienti e metaboliti. Il progetto PEPTIDOPAMIN (“Molecular design of biologically inspired soft materials for hard tissue regeneration”), finanziato dall’UE, ha creato una gamma di idrogel multifunzionali a scopo rigenerativo da iniettare nel punto della frattura, tramite procedure minimamente invasive, che fornirà anche il necessario supporto alla ricrescita ossea. Gli scienziati hanno quindi deciso di incorporare i bifosfonati, poiché mostrano un’elevata affinità con gli ioni di calcio dell’idrossiapatite, il principale costituente della matrice ossea extracellulare. I bifosfonati sono stati immobilizzati su glicole polietilenico e gli idrogel chimici ottenuti hanno mostrato un comportamento con buona risposta al calcio, idoneo all’uso scheletrico. La formazione dei gel è avvenuta entro un minuto dall’iniezione e ha mostrato un forte comportamento di autoriparazione. L’elasticità del gel aumenta parallelamente al contenuto di polimeri e alla concentrazione di calcio e i legami incrociati mediati dal calcio sono risultati superiori a quelli indotti da altri cationi bivalenti. Un altro vantaggio mostrato dal materiale bifosfonato è legato al fatto che, dopo l’immobilizzazione covalente, l’attività degli osteoclasti per la rimodellazione ossea non è risultata inibita. Inoltre, non è emersa alcuna citotossicità significativa nei confronti degli osteoclasti, un risultato promettente, perché non comporta il rischio di fuoriuscita e di conseguente overdose locale né di squilibrio del turnover osseo. La formula dell’idrogel dovrà tuttavia essere perfezionata, per ridurre l’eccessivo indurimento del materiale, in modo che si adegui meglio ai tempi delle proprietà meccaniche del processo di rigenerazione ossea. Il carattere biodegradabile degli idrogel PEPTIDOPAMIN e la loro capacità di supportare la ricrescita ossea sono incoraggianti. Questi nuovi biomateriali potranno migliorare considerevolmente i problemi ossei che colpiscono la nostra società in fase di invecchiamento, riducendo il carico per i sistemi di assistenza.

Parole chiave

Rigenerazione ossea, idrogel, materiali morbidi, rigenerazione dei tessuti, bifosfonati

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