POLIESTERI BIODEGRADABILI: PLA E PGAe i loro copolimeri (PLGA).

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1.2 Materiali indagati: struttura e proprietà 1.2 Materiali indagati: struttura e proprietà
A livello di scelta progettuale di materiali, le ricerche su applicazioni cliniche di impianti per fissaggio osseo bioriassorbibili si sono concentrate per la maggior parte sull’uso di una sottoclasse di polimeri, i poliesteri alifatici lineari, in particolare sugli acidi polilattico (PLA), poliglicolico (PGA) e i loro copolimeri (PLGA). Questi materiali hanno, infatti, ottima biocompatibilità ed elevato tasso di biodegradabilità. La degradazione di tali polimeri è rapida ed avviene principalmente per idrolisi: si ottiene la produzione di monomeri quali acido lattico e acido glicolico, che vengono successivamente metabolizzati nei normali processi
fisiologici del corpo umano, data la naturale presenza di questi monomeri nell’organismo. È così dunque spiegabile la grande biocompatibilità degli alfa poliesteri. In aggiunta, essi hanno grande versatilità di progetto, specie a livello tridimensionale, e possono essere facilmente lavorati in scaffold macroporosi con differenti strutture e forme al variare delle necessità di una specifica applicazione.
Nonostante PLA e PGA siano stati già utilizzati in maniera isolata per la produzione di scaffold, dimostrando l’attuabilità e la potenzialità di questa idea, i risultati ottenuti hanno evidenziato che, individualmente, essi non sono materiali ideali per la produzione di dispositivi biomedicali ortopedici a causa dei loro stessi limiti. Per ovviare a questo problema, PLA e PGA sono invece stati largamente impiegati in associazione tra loro, sotto forma di materiale composito polimerico, con lo scopo di ottimizzare le singole proprietà biochimiche dei polimeri. I compositi più studiati, attualmente ancora oggetto di ricerche, sono materiali con matrice polimerica e innesti di fibre della stessa componente, di dimensione nanometrica o micrometrica, e, in particolare, compositi polimerico-ceramici come, ad esempio, idrossiapatite (HAP) – PLA. Lo sviluppo di materiali compositi di matrice polimerica e fibre ceramiche permette di unire le ottime proprietà di biodegradabilità e biocompatibilità dei polimeri, nonché la loro svariata processabilità tecnologica, alle proprietà di osteoconduttività dei ceramici. L’idrossiapatite è, infatti, un materiale ceramico molto simile alla maggior componente inorganica della matrice extracellulare del tessuto osseo naturale e proprio la forte somiglianza alla HAP naturale fornisce ottime proprietà osteoconduttive e capacità di legare il dispositivo impiantato con l’osso, portando il miglioramento della stabilità dell’impianto. Attualmente, per somma di tutti i vantaggi citati in precedenza, i compositi HAP- PLA/PGA sono i materiali che attirano maggiore interesse nel campo della ricerca della scienza dei biomateriali.
1.2.1. IDROSSIAPATITE
Generalità
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10 4 Ca (PO )(OH
Ca / P
L’idrossiapatite (HAP) è un minerale della famiglia delle apatiti avente composizione chimica . Si tratta di una particolare forma di fosfato di calcio idrato con rapporto di 10:6 che cristallizza in ambiente umido e a temperature inferiori ai 900°C, producendo cristalli molto sottili di forma prismatica a base esagonale. Essa si può trovare molto raramente in natura sotto forma di minerale, di colore tipicamente bianco-giallo pallido, 2)
mentre è principalmente localizzata nel corpo umano dove forma la maggior parte della componente inorganica della matrice extracellulare del tessuto osseo. Data la sua notevole biocompatibilità e bioattività, nel campo della bioingegneria, l’idrossiapatite sintetica è largamente utilizzata, soprattutto per la produzione di osso artificiale e come ricopertura superficiale di impianti di differente materiale da innestare nel tessuto osseo.
Proprietà del materiale
Le proprietà fisiche e meccaniche dell’idrossiapatite dipendono dal tipo di struttura policristallina assunta dal materiale che, a sua volta, dipende dal processo di formazione dei cristalli. In generale comunque si tratta di un materiale di grande durezza, elevata temperatura di fusione e buone proprietà meccaniche (Tabella 1.1). Ha, ancora, buone proprietà tribologiche e bassa densità ma anche fragilità intrinseca e difficoltà di processabilità.
Proprietà
Valore
Modulo di Young (GPa)
40-117
Resistenza alla compressione (MPa)
294
Resistenza alla flessione (MPa)
147
Durezza (scala di Mohs)
5
Densità teorica (g/cm3)
3.16
Tabella 1.1. Proprietà meccaniche del fosfato di calcio (da D.E. Grenoble et al. “The Elastic Properties of Hard Tissues and Apatites, J. Biomed. Mater. Res. , 6, 207-233, 1972)
L’idrossiapatite sintetica, utilizzata negli impianti biomedicali, ha la medesima composizione chimica dell’HAP naturale ma struttura leggermente differente: essa ha, infatti, un reticolo cristallino di elevata complessità e in fase di produzione industriale possono facilmente crearsi difetti o lacune reticolari che danno origine a strutture meno cristalline dell’originale. Il corrispettivo sintetico mantiene comunque buone proprietà meccaniche ed ottime caratteristiche di biocompatibilità e bioattività che permettono di configurarlo come miglior analogo sintetico dell’osso naturale. Impianti in HAP, infatti, risultano assolutamente non tossici a livello locale e sistemico, non inducono risposta infiammatoria né reazione da corpo estraneo. Inoltre, l’idrossiapatite è un materiale fortemente osteoinduttivo: quando essa entra a contatto con l’ambiente biologico si ricopre di uno strato attivo di microcristalli di HAP e gruppi carbonato, identici dal punto di vista chimico e strutturale a quelli presenti nella matrice extracellulare del tessuto osseo circostante. Si generano, così, forti legami e viene favorito il processo di rimodellamento osseo che porta allo sviluppo di nuovo tessuto.
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Altra caratteristica fondamentale dell’idrossiapatite è la bioriassorbibilità. Gli impianti in HAP sono facilmente metabolizzati dall’organismo mediante processi di dissoluzione nei fluidi biologici e fagocitosi con cinetica di riassorbimento che dipende da forma e struttura dell’impianto, pH, temperatura dell’ambiente biologico e dall’estensione della superficie di interfaccia.
Principali utilizzi
Impianti in idrossiapatite sono ampiamente adoperati in vari settori della medicina. Si possono trovare applicazioni di ortopedia motoria in cui il materiale ceramico viene utilizzato come rivestimento di steli in lega metallica o per produzione di giunti artificiali delle estremità articolari (in particolare la II metatarso-falangea), prodotti per osteosintesi come chiodi o viti, applicazioni con funzione di riempitivi osseo porosi o compatti. L’idrossiapatite è, inoltre, utilizzata per applicazioni cosmetiche e nel settore dell’otorinolaringoiatria per la ricostruzione degli ossicini dell’orecchio interno.
1.2.2. POLIESTERI BIODEGRADABILI: PLA E PGA
ACIDO POLILATTICO (PLA)
Generalità
L’acido polilattico o polilattato (PLA) è un poliestere alifatico che si ottiene per reazione di polimerizzazione a partire da molecole di acido lattico. La sintesi avviene per condensazione con formazione temporanea di lattide che si trasforma successivamente, per ulteriore condensazione, in acido polilattico (Figura 1.1). La struttura monomerica di base è una molecola idrofobica contenente tre atomi di carbonio che, data la presenza di un atomo di carbonio chirale, esiste in due forme enantiomeriche ( L – D ) con soltanto forma L
Figura 1.1. Ciclo di polimerizzazione dell’acido polilattico. 10
biologicamente attiva. L’acido lattico L-polimerizzato produce PLLA, un polimero cristallino che fonde a 180° C ampiamente utilizzato in vari settori della medicina, mentre la forma D origina il PDLA, un polimero racemo e amorfo che non vede impieghi come biomateriale date le sue scarse proprietà.
Proprietà del materiale
Le proprietà dell’acido polilattico variano in un range piuttosto ampio poiché dipendono dal tipo di struttura assunta dal materiale. Composti in cui prevale la forma levogira (PLLA) risultano possedere un maggior grado di cristallinità e attività ottica, mentre composti in cui prevale la forma destrogira sono racemici e fortemente amorfi. In generale, comunque, l’acido polilattico è un materiale con buone proprietà meccaniche (Tabella 1.2) dovute alla disposizione compatta delle catene lineari che formano il polimero: all’elevato impaccamento delle catene consegue, infatti, un aumento di densità, rigidezza, durezza, resistenza all’attrito e all’usura. Il PLA ha, inoltre, temperatura di fusione elevata e comportamento termoplastico.
Proprietà
Valore
Carico di snervamento (MPa)
49
Resistenza alla compressione (MPa)
2.5
Resistenza alla flessione (MPa)
70
Modulo a trazione (GPa)
3.2
Tabella 1.2. Proprietà meccaniche dell’acido polilattico PLLA. (Appunti di lezione – Prof. Carlo Santulli – Università di Roma, La Sapienza – Dipartimento di Ingegneria Elettrica)
Dal punto di vista biologico, l’acido polilattico riveste grande interesse per le sue ottime proprietà di biocompatibilità e bioriassorbibilità. La degradazione del polimero avviene principalmente per idrolisi con produzione di molecole di acido lattico successivamente incorporate nei naturali processi fisiologici cellulari per ulteriore degradazione. L’eccellente biocompatibilità è spiegabile grazie al fatto che l’acido lattico è normalmente prodotto a livello corporeo alla fine del ciclo glicolitico e, dunque, sono previsti processi fisiologici per la sua metabolizzazione. Soltanto in casi rari si sono verificate reazioni da corpo estraneo e risposte infiammatorie gravi principalmente dovute al tasso di degradazione troppo rapido dell’impianto. Lo step idrolitico porta, poi, alla scissione delle lunghe catene lineari in catene più brevi con diminuzione di peso molecolare e peggioramento delle proprietà meccaniche dell’impianto; si ha dunque una progressiva perdita di funzionalità che porta al successivo e
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completo riassorbimento. Il requisito di bioriassorbilità di questo materiale risulta fondamentale nelle nuove applicazioni di fissaggio osseo, specialmente nei casi in cui l’innesto debba funzionare da materiale osteoinduttore.
Principali utilizzi
L’idea dell’utilizzo di acido polilattico come biomateriale è nata nei laboratori del CNR francese negli anni ’60. Attualmente esso viene usato in vari settori della medicina, in particolare nel campo ortopedico: in PLA si possono trovare sistemi di fissaggio osseo come chiodi, viti e placche; il PLA è usato come materiale per suture riassorbibili, come mezzo per il rilascio controllato di farmaci e, recentemente, in applicazioni di ingegneria tessutale come supporto poroso temporaneo con lo scopo di favorire la rigenerazione dei tessuti.
ACIDO POLIGLICOLICO (PGA)
Generalità
L’acido poliglicolico o poliglicolide (PGA) è il più semplice membro della famiglia dei poliesteri lineari alifatici che si può ottenere per reazione di polimerizzazione a partire da molecole di acido glicolico. La sintesi polimerica avviene per condensazione con formazione temporanea di glicolide che si trasforma successivamente, per ulteriore condensazione, in acido poliglicolico (Figura 1.2).
Figura 1.2. Ciclo di polimerizzazione dell’acido poliglicolico.
L’acido poliglicolico è un composto duro, spesso, cristallino di natura più idrofilica del PLA. Esso è noto sin dagli anni ‘60 come polimero lavorabile in fibre molto resistenti, anche se, a causa della sua instabilità idrolitica, il suo uso puro in impianti è fortemente limitato.
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Proprietà del materiale
L’acido poliglicolico si presenta come un composto con buone proprietà meccaniche (Tabella 1.3), elevata temperatura di fusione, grande rigidezza (le fibre di PGA hanno valore di modulo di Young pari a 7 GPa) ed elevato grado di cristallinità (45-55%).
Materiale dell’impianto
Diametro (mm)
Modulo di Flessione (GPa)
Forza di Flessione (MPa)
Forza di Taglio (MPa)
Acido poliglicolico auto rinforzato
2
13
320
240
Acido poliglicolico modellato a pressione
2
7
218
95
Tabella 1.3. Proprietà meccaniche del PGA (tratto da “Impianti bioriassorbibili in ortopedia: nuovi sviluppi e applicazioni cliniche”, William Ciccone II, Cary Motz, Christian Bentley, James P. Tasto).
Il PGA, inoltre, è un polimero altamente idrofilico con una caratterista peculiare inerente la sua solubilità: la forma ad alto peso molecolare, infatti, risulta insolubile in moltissimi solventi organici di uso comune, mentre catene con un numero ridotto di monomeri (oligomeri a basso peso molecolare) possiedono proprietà fisiche distinte tanto da risultare solubili. In linea generale, comunque, questo polimero non viene utilizzato in forma pura ma vengono creati diversi copolimeri allo scopo di ottenere un prodotto finale con caratteristiche controllate tali da poter essere facilmente lavorato e risultare funzionale all’applicazione desiderata. Per la scienza dei biomateriali l’acido polilattico riveste un ruolo di grande interesse nello sviluppo di impianti biodegradabili, in virtù delle sue ottime proprietà di biocompatibilità e bioriassorbibilità. La riassorbibilità è principalmente dovuta all’instabilità idrolitica del PGA, spiegabile con la presenza di legami di natura esterea all’interno della sua struttura. L’acqua presente nei fluidi biologici, infatti, penetra abbondantemente nelle regioni amorfe del polimero e provoca la scissione dei legami estere presenti, esponendo la parte cristallina all’azione erosiva dell’ambiente circostante. Quando anche la struttura cristallina collassa, la catena polimerica si dissolve. Il processo di degradazione, inoltre, è efficacemente favorito dalla presenza di particolari classi di enzimi: le esterasi. Questo spiega facilmente perché la velocità di degradazione dell’acido polilattico sia molto superiore a quella di altri poliesteri.
Dalla decomposizione dell’acido poliglicolico si ottiene il suo monomero, l’acido glicolico, una molecola non citotossica metabolizzabile nel ciclo di Krebs, in conclusione del quale essa viene trasformata in acqua e anidride carbonica. Parte del monomero, inoltre, viene anche
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secreto in forma di urina. Per suddette motivazioni, impianti in PGA risultano biocompatibili e mai sono state rilevate reazioni tossiche a livello locale o sistemico.
Esiste, tuttavia un’evidente problematica legata all’utilizzo di acido polilattico come componente pura in applicazioni di fissaggio osseo: la degradazione rapida del materiale provoca, infatti, una precoce perdita di funzionalità dell’impianto e, di conseguenza, perdita di stabilità dello stesso prima dell’effettiva guarigione del tessuto danneggiato. L’osso risulta così indebolito e fortemente esposto a rischio di nuove fratture. Inoltre, proprio l’eccessiva velocità di degradazione non permette l’efficace e completa metabolizzazione del monomero liberato dalla scissione delle catene polimeriche, provocando forti risposte infiammatorie tessutali, in taluni casi a tal punto gravi da costringere all’intervento chirurgico. Per ovviare questa problematica, vengono utilizzati come materiali per fissaggio copolimeri dell’acido poliglicolico, preparati miscelando altri monomeri. In questo maniera, cinetica di degradazione e solubilità dipendono dalle quantità in proporzione e dalle proprietà chimiche dei materiali usati con la possibilità di ottenere materiali con proprietà intermedie e quindi funzionali. I composti più utilizzati sono l’acido poli(lattico-co-glicolico) copolimero di acido glicolico e acido lattico, l’acido poli(glicolide-co-caprolattone), copolimero di acido glicolico e ε-caprolattone, e l’acido poli(glicolide-co-trimetilene carbonato), copolimero di acido glicolico e trimetilene carbonato.
Principali utilizzi
L’acido poliglicolico fu sintetizzato in laboratorio sin a partire dagli anni ‘50, ma, in passato, fu poco utilizzato a causa della sua facilità a degradarsi. Attualmente il PGA viene adoperato sottoforma di copolimero come materiale per suture sintetiche riassorbibili, nel campo del fissaggio osseo per produzione di viti, piatti, bacchette e spilli, nel settore del rilascio controllato di farmaci. Applicazioni recenti di grande interesse si hanno nel nuovo campo dell’ingegneria tessutale dove l’acido polilattico viene impiegato nella produzione di supporti sintetici porosi per la formazione di nuovo tessuto.
1.2.3. COMPOSITI HAP – PLA, PGA
Generalità
I materiali compositi idrossiapatite – PLA, PGA sono particolari biomateriali all’interno dei quali si possono trovare due fasi costituenti, una ceramica (HAP) e una polimerica (PLA, PGA). Generalmente, essi presentano una matrice polimerica, semplice o rinforzata mediante
l’utilizzo di fibre della medesima componente, e innesti in materiale ceramico (Figure 1.4 e 1.5). La matrice polimerica rappresenta la fase omogenea del materiale e ha compito di mantenere unita la fase dispersa, garantire bassa densità (dunque leggerezza complessiva dell’impianto) e, soltanto in via secondaria, sostenere il carico applicato. Le inclusioni disomogenee in ceramico possono, invece, avere svariate microstrutture e dimensioni passando da particelle a fibre, lamine o lastre. Esse forniscono rigidezza all’impianto e sostengono la maggior parte del carico applicato dall’esterno. La presenza di entrambe le fasi permette l’unione delle migliori caratteristiche dei singoli costituenti e il controllo sulle proprietà macroscopiche dell’impianto: variazioni di porosità, microstruttura, densità e riassorbibilità possono essere ottenute utilizzando differenti quantità percentuali di PLA/PGA. Lo sviluppo di questi materiali compositi è relativamente recente (anni Settanta Ottanta) e svariati sono i processi tecnologici attualmente utilizzati per la sua produzione. Blocchi di HAP – PLA, PGA possono essere ottenuti tramite polimerizzazione di monomeri modificati chimicamente dall’ inserimento di idrossiapatite, forgiando compositi di HAP e PLA- PGA ad elevate temperature oppure per sinterizzazione di preparati di HAP e PLA con cloruro di sodio. Una delle tecniche più interessanti di produzione è la compressione a caldo: in questo processo viene inserita idrossiapatite in grani in una soluzione di polimero completamente disciolto; successivamente la soluzione viene fatta evaporare sottovuoto ottenendo la formazione del composito. Il materiale così lavorato è poi pressato ad elevate temperature con formazione finale di un blocco di HAP – PLA, PGA di ottime proprietà meccaniche, ideali per l’utilizzo in applicazioni biomedicali ortopediche di fissaggio osseo.
Figura 1.3 – 1.4 Particolari di un composito idrossiapatite – PLLA sviluppato dalla Teleflex Medical OEM® : allineamento di idrossiapatite in fibre di PLLA all’interno di una matrice polimerica (tratto da “Apatite/fiber absorbable composites for load-bearing applications in bone fixation”, James R.Olson, Teleflex Medical OEM®)
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Proprietà del materiale
Le proprietà del composito HAP – PLA, PGA variano in un range piuttosto ampio a seconda del rapporto percentuale delle componenti e, in particolare, dalla forma e disposizione delle particelle di fase dispersa. I compositi utilizzati in applicazioni biomedicali sono, generalmente, formati dal 20% di materiale polimerico e dall’80% di materiale ceramico: la scelta di questo rapporto permette di ottenere impianti con interessanti proprietà meccaniche come buona rigidità, dovuta all’inserimento di piastrine nella matrice morbida, bassa densità (che comporta leggerezza dell’impianto), buona resistenza alla compressione, alla trazione e all’usura e sufficiente modulo elastico. In particolare, recenti studi hanno messo in evidenza che composti di HAP – PLLA, ottenuti per compressione a caldo delle componenti alla temperatura di fusione dell’acido polilattico, dimostrano proprietà meccaniche eccellenti con resistenza alla trazione di 140 MPa e modulo elastico di 10 GPa. Proprio quest’ultima caratteristica è di grande interesse per impianti biomedicali endossei: il modulo elastico risulta, infatti, comparabile a quello dell’osso naturale e permette di ovviare a gravi problematiche di stress shielding riscontrate nell’uso di applicazioni in materiali metallici o puramente ceramici (Tabella 1.4).
Materiale
Modulo elastico (GPa)
Resistenza alla trazione (MPa)
Osso Corticale (direzione longitudinale)
17.7
133
Osso Corticale (direzione trasversale)
12.8
52
Dentina
11
39.3
Idrossiapatite
95
50
HAP – PLLA (compressione a caldo)
10
140
Tabella 1.4. Proprietà meccaniche di alcuni tessuti duri e biomateriali ceramici e compositi ( tratto da: Seeram Ramakrishna et al. “An introduction to biocomposites, Volume 1”, Imperial College Press, 2004 – pag.7)
L’utilizzo di HAP – PLA, PGA vede, inoltre, numerosi vantaggi apportati dalla struttura composita, che consente di generare impianti con proprietà adattabili alle caratteristiche del tessuto ricevente (fondamentali per impianti custom-made) mediante il controllo della frazione volumetrica occupata dalla fase ceramica e dalla disposizione delle fibre di rinforzo. Altro vantaggio fornito dall’utilizzo di questi compositi è, ancora, la possibilità di fondere le migliori proprietà di ciascun componente ovviando a problematiche, anche importanti, legate all’utilizzo dei singoli costituenti. Da una parte, infatti, l’uso di idrossiapatite permette di
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ottenere un composito finale con ottime proprietà di biocompatibilità e bioattività, e risolve il problema della velocità di riassorbimento controllandola e riducendo le reazioni infiammatorie e da corpo estraneo; dall’altra l’uso di PGA e PLA permette leggerezza dell’impianto dovuta ad una minore densità, riduzione di rigidità e fragilità dell’idrossiapatite e garantisce alta processabilità industriale. I compositi HAP – PLA, PGA si configurano, quindi, come materiali ideali per la produzione di impianti per il fissaggio osseo.
Esistono, comunque, degli svantaggi legati all’utilizzo di compositi in HAP- PLA, PGA: in primis è necessario porre attenzione al fatto che l’interfaccia tra i differenti costituenti può rappresentare un punto debole rispetto all’attacco dei fluidi biologici. Sono, dunque, fondamentali controlli durante la fase di produzione industriale che garantiscano un materiale finito non cedevole, senza deformazione, espansione o scollamento delle fibre. L’inserimento di fibre di rinforzo nella matrice polimerica, inoltre, produce una notevole anisotropia del materiale, controllata solo nel caso in cui la fase dispersa abbia morfologia particellare equiassiale. L’anisotropia può, in alcuni casi, rappresentare un vantaggio per il materiale garantendo maggiore rigidezze e resistenza rispetto ai compositi isotropi [4] [5]; nonostante ciò, il miglioramento delle proprietà in una particolare direzione dello spazio comporta la riduzione delle stesse nelle altre direzioni con conseguenti rischi di frammentazione del materiale se il carico risultasse applicato nella direzione sbagliata. Un materiale fortemente anisotropo è dunque utilizzato solo nel caso in cui i fenomeni che portano all’applicazione di carico siano noti e facilmente calcolabili.
Principali utilizzi
Impianti in HAP- PLA, PGA trovano ampie applicazioni come sostitutivi del tessuto osseo naturale dovute alla somiglianza chimica e di struttura tra il composito sintetico e l’osso, anch’esso un materiale composito formato da osteociti e matrice extracellulare. Essi sono principalmente utilizzati nelle innovative tecniche di fissaggio osseo interno con produzione di chiodi, viti, placche da innestare nel tessuto danneggiato allo scopo di fornire iniziale rigidezza e stabilità all’impianto per poi, essendo riassorbiti, trasferire gradualmente il carico al tessuto in via di guarigione. In particolare, poi, il composito HAP – PLA, PGA suscita grande interesse nel settore dell’ingegneria tessutale, soprattutto per la produzione di osso ingegnerizzato. Interventi di ricostruzione sono, infatti, necessari in caso di ampie perdite di sostanza conseguenti a gravi malformazioni congenite, eventi traumatici, lesioni derivate da asportazione di tumori ossei, ricostruzione maxillo-facciale e anche in caso di mobilizzazione di impianti ortopedici. I compositi HAP – PLA, PGA sono ampiamente adoperati per la
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produzione di supporti porosi temporanei (scaffolds) con il compito di fornire sostegno al tessuto danneggiato e, contemporaneamente, favorire la formazione di nuovo tessuto osseo. Per quanto concerne la riparazione tessutale, nuovi studi e ricerche hanno permesso di sviluppare due percorsi alternativi in questo campo: il primo percorso prevede l’utilizzo di HAP – PLA, PGA per la fabbricazione di scaffolds tridimensionali riassorbibili modificati mediante semina di cellule osteoprogenitrici autologhe e/o materiali in forma di polveri, molecole, micro particelle segnale con l’obiettivo di generare una differenziazione e sviluppo del tessuto in vivo; il secondo approccio, invece, prevede sistemi acellulari (matrix based approaches) in cui la chimica e la struttura dello scaffold ha ruolo predominante per la corretta riparazione. Nel caso del tessuto osseo è fondamentale che le protesi in HAP – PLA, PGA siano porose e che le interconnessioni tra i pori siano di dimensioni tali da consentire vitalità e funzioni degli osteoblasti (almeno 150 μm). Quando scaffolds porosi sono impiantati nell’osso, infatti, i pori vengono per prima cosa vascolarizzati e, successivamente, si assiste alla migrazione all’interno degli stessi di cellule progenitrici degli osteoblasti, che si trasformano in trabecole ossee e neotessuto dopo circa 4 – 6 settimane. Il tessuto osseo viene poi rimodellato in base alle sollecitazioni meccaniche a cui è sottoposto; è dunque fondamentale che l’osso danneggiato supporti un carico adeguato alla sua fase di guarigione e che quindi gli scaffolds abbiano anche velocità di riassorbimento controllata.

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