Scaffold gerarchicamente organizzati per ossa portanti carico

Trasformazione biomorfica di templati naturali

Responsabili: Anna Tampieri, Simone Sprio, Andrea Ruffini

Personale coinvolto: Silvia Panseri, Monica Montesi

Questa ricerca è dedicate allo sviluppo di trasformazioni biomorfiche come nuovo metodo per fabbricare scaffold bioceramici 3-D che presentano elevata bioattività e struttura gerarchica alla base di superiori prestazioni meccaniche. Le trasformazioni biomorfiche convertono strutture naturali, selezionate per le loro caratteristiche strutturali rilevanti in termini funzionali, in fosfati di calcio biomimetici che, grazie alla loro eccellente mimica composizionale, morfologica e delle proprietà meccaniche del tessuto di ossa lunghe, possono essere applicati nella sostituzione di segmenti grandi di ossa portanti carico. Il metodo di fabbricazione si basa su un processo di pirolisi volto a eliminare i componenti organici della bio-struttura e ottenere un templato di carbonio, che viene poi sottoposto a reazioni eterogenee all’interfaccia con reagenti allo stato gassoso per ottenere cambiamenti di fase controllati mantenendo allo stesso tempo la struttura multi-scala originale. Lo scaffold apatitico finale viene ottenuto mediante processi a umido che inducono uno scambio ionico controllato rendendo possibile la formazione di fosfati di calcio che presentano diverse sostituzioni ioniche che migliorano osteogenesi e bio-riassorbimento. La nanostruttura e la gerarchia multi-scala sono alla base di proprietà meccaniche superiori e simili all’osso che sono promettenti per resistere al carico biomeccanico iniziale dopo l’impianto e per l’attivazione di processi di meccanotrasduzione alla base del rimodellamento dell’osso.

Le durature collaborazioni con aziende attive nel campo biomedicale sono un importante fattore per lo sviluppo di nuovi biomateriali e dispositivi per risolvere necessità cliniche di rilevante impatto socio-economico. In particolare, la rigenerazione di ossa portanti carico è un bisogno critico non ancora risolto e attualmente gestito mediante chirurgia complessa e ripetuta con alti costi sociali e rilevante morbidità del paziente.

La tecnologia basata su trasformazioni biomorfiche nasce da un progetto finanziato dall’UE (TEM-PLANT), coordinato da ISTEC e oggi è soggetta a un processo di trasferimento tecnologico verso una start-up innovativa (GreenBone Ortho srl, Faenza, Italia) che ha ricevuto 11 milioni di EUR da fondi di investimento internazionali per ottenere una prova di concetto rilevante dell’abilità rigenerativa dei nuovi scaffold in studi clinici pilota. Questa ricerca ha prodotto due brevetti internazionali attualmente depositati a livello mondiale.

Strumenti e processi

Attrezzature

• Forni operanti in bassa pressione di gas o in vuoto, o in atmosfera controllata
• Autoclavi

Processi

• Reazioni gas-solido con opportune miscele e pressioni di reattivi gassosi
• Reazioni idrotermali

Principali collaborazioni

• GreenBone Ortho srl,
• Università di Trento,
• Istituti Ortopedici Rizzoli,
• CNR-NANO,
• Università di Ferrara,
• Finceramica Faenza SpA.