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Costruire e analizzare modelli di tessuto osseo

L'osso è una struttura ibrida complessa, al contempo organica e inorganica. Gli scienziati hanno sviluppato tecniche per sintetizzare strutture biomimetiche simili e analizzarle in modo da conoscerle meglio e giungere in futuro a un'attività di progettazione basata su conoscenze precise.

Salute

La possibilità di riprodurre le fasi, l'organizzazione e le caratteristiche delle ossa avrebbe un impatto importante sulla rigenerazione e sulle protesi, oltre che nel settore delle scienze dei materiali in generale. Gli scienziati si sono dedicati a questa attività, oltre che alla raccolta di informazioni rilevanti sulla sintesi, la struttura e la funzione, nell'ambito del progetto BIOHYMAT ("Biomimetic organic-inorganic hybrid structural materials"), finanziato dall'UE. Grazie alla sintesi e allo studio di materiali simili all'osso, il team ha sviluppato importanti metodi di analisi utilizzabili nella ricerca sia clinica che di base. La densità minerale ossea è un parametro correlato a numerose malattie, tra cui osteoporosi, osteopetrosi e morbo di Paget, ma fino ad oggi non era disponibile alcun metodo che consentisse di misurarlo con una risoluzione spaziale adeguata per creare mappe accurate. L'approccio adottato dal team BIOHYMAT rappresenta uno strumento molto efficace per studiare gli effetti delle diverse malattie su questo parametro e per correlarlo con le proprietà meccaniche delle ossa. L'adesione alle interfacce organiche/inorganiche svolge un ruolo significativo nella risposta meccanica dei compositi naturali e sintetici ma la mancanza di dati quantitativi ha ostacolato la scelta dei materiali per i progetti ibridi. La metodologia sistematica per lo studio dell'adesione alle interfacce organiche/inorganiche sviluppata grazie alle indagini condotte dal team BIOHYMAT rappresenterà uno strumento prezioso per gli scienziati dei materiali. I ricercatori si sono poi dedicati allo sviluppo di nuove tecniche che riproducono la complessa struttura gerarchica dell'osso. Manipolando i parametri di elaborazione della tecnica di freeze-casting, che si basa sul congelamento controllato di sospensioni acquose di particelle, hanno ottenuto strutture tridimensionali lamellari e a nido d'ape con microporosità. Questo lavoro apre la strada a nuove opportunità per la fabbricazione di ceramiche porose da utilizzare in applicazioni di biomedicina, filtri e supporti catalizzatori. I ricercatori, infine, hanno affrontato anche lo studio del carbonio nanostrutturato, con un esperimento riuscito di produzione di materiali ibridi di carbonio. Il team ha sintetizzato in laboratorio l'ossido di grafene partendo dalla grafite, dimostrando la sua riduzione a grafene in ambiente a vuoto. Sia l'ossido di grafene sia la grafite sono nuovi materiali nanostrutturati basati sul carbonio che rivestono grande interesse per le loro numerose applicazioni tecnologiche. Il team BIOHYMAT ha fornito vari importanti contributi al settore dei compositi ibridi organici-inorganici, con nuove tecniche di analisi e nuovi metodi di lavorazione. Gli scienziati hanno fornito un punto di partenza dal quale essi stessi o altri colleghi potranno progettare e testare nuovi materiali per le applicazioni emergenti.

Parole chiave

Osso, organico-inorganico, ibrido, biomimetico, rigenerazione ossea, protesico, densità minerale ossea, osteoporosi, adesione, interfacce, freeze-casting, grafene

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