Nuovo rivestimento osseo artificiale in ceramica

Sviluppato un rivestimento osseo artificiale in ceramica con una forza di adesione tripla rispetto ai materiali di rivestimento convenzionali.

La malattia ossea sta diventando sempre più diffusa nella società moderna a causa, tra gli altri fattori, dell'invecchiamento della popolazione e l'uso di impianti dentali e ortopedici per curare le malattie ossee è in aumento. La storia degli impianti può essere fatta risalire fino al 1 d.C. quando nell'Antica Roma venivano utilizzati impianti dentali in ferro battuto. Nonostante la lunga storia, tuttavia, ci sono ancora una serie di problemi associati alle procedure di impianto, come un impianto sciolto derivante da una lenta integrazione nel tessuto osseo o un'infiammazione che richiede una procedura chirurgica secondaria.

Per mitigare questi problemi, c'è stato un tentativo di rivestire il materiale dell'impianto con “osso artificiale” che ha la stessa composizione dell'osso umano reale. I metodi di rivestimento convenzionali, tuttavia, richiedono un processo di sintesi per produrre il materiale osseo artificiale e un processo di rivestimento separato, che richiede molto tempo. Inoltre, il legame tra il substrato e lo strato di rivestimento osseo artificiale tende a essere debole, con conseguenti danni o addirittura cadute, e metodi di rivestimento forti che potevano essere applicati a pazienti reali in ambiente clinico erano rari.

In queste circostanze, il team di ricerca del Dr. Hojeong Jeon (1) presso il Korea Institute of Science and Technology (KIST) Center for Biomaterials ha annunciato di aver sviluppato un rivestimento osseo artificiale in ceramica con una forza di adesione tripla rispetto ai materiali di rivestimento convenzionali.

Il team di ricerca ha sviluppato una tecnologia, descritta sul giornale Advanced Functional Materials, (2) per indurre il rivestimento osseo artificiale, che aveva richiesto almeno un giorno e dozzine di passaggi, in una sola ora utilizzando un unico processo. Mediante questa tecnica, non è necessario sintetizzare la materia prima per il rivestimento osseo artificiale in un processo separato ed è possibile creare il rivestimento con un laser a nanosecondi senza apparecchiature costose o processi di trattamento termico.

Non solo, è possibile formare uno strato di rivestimento con un potere legante più forte rispetto alle poche tecniche di rivestimento osseo artificiale applicate clinicamente oggi. Inoltre, in caso di utilizzo di questo processo, si ottiene un rivestimento robusto non solo su superfici metalliche ma anche su superfici di materiali polimerici come gli impianti ortopedici in plastica, cosa che non è stata possibile con i processi convenzionali.

Al fine di ridurre il numero di passaggi coinvolti nel processo nonché la durata e allo stesso tempo garantire un rivestimento robusto, il team del Dr.Jeon ha posizionato il materiale da rivestire in una soluzione contenente calcio e fosforo, i componenti principali dell'osso e lo ha irradiato con il laser. La temperatura è stata aumentata in modo localizzato nel sito target del laser, provocando una reazione che coinvolge il calcio e il fosforo per produrre osso artificiale ceramico (idrossiapatite) e la formazione di uno strato di rivestimento.

A differenza dei metodi di rivestimento convenzionali, la sintesi della componente ossea artificiale è indotta dal laser e, allo stesso tempo, la superficie del substrato viene riscaldata al di sopra del punto di fusione affinché il materiale osseo artificiale venga adsorbito sulla superficie fusa e si indurisca così com'è, che massimizza la forza legante.

Il dottor Jeon ha affermato: «Il metodo di rivestimento con idrossiapatite che utilizza il laser a nanosecondi è un modo semplice per indurre la bioattività in materiali non bioattivi come il titanio e il PEEK che sono comunemente usati come biomateriali. Prevedo che diventerà un punto di svolta in questo avrà ampie applicazioni a diversi dispositivi medici in cui è necessaria l'osteointegrazione».

Questo studio è stato condotto con una sovvenzione del Ministero della Scienza e delle TIC (MSIT), nell'ambito del Programma di ricerca e sviluppo istituzionale del KIST e del Programma di ricerca di metà carriera della Fondazione nazionale di ricerca della Corea.

Riferimenti:

(1) Hojeong Jeon

(2) Robust Hydroxyapatite Coating by Laser-Induced Hydrothermal Synthesis

Descrizione foto: Pezzo in titanio rivestito con osso artificiale sviluppato dal team del Dr. Jeon Ho-jung al KIST. / Dr. Ho-eong Jeon of the Center for Biomaterials, KIST - Credit: Korea Institue of Science and Technology(KIST).

Autore traduzione riassuntiva e adattamento linguistico: Edoardo Capuano / Articolo originale: Coating implants with 'artificial bone' to prevent inflammation