Creazione di placche ossee mediante processi di fusione a fascio di elettroni (EBM) Lastre ossee metalliche ottimizzate per topologia prodotte dalla fusione di fasci di elettroni: uno studio meccanico e biologico

I ricercatori studiano le proprietà meccaniche e la biocompatibilità delle placche ossee EBM
Ricercatori dell’Arabia Saudita e di Manchester, nel Regno Unito, esplorano la creazione di placche ossee mediante processi di fusione a fascio di elettroni (EBM), delineando le loro scoperte nel documento ” Lastre ossee metalliche ottimizzate per topologia prodotte dalla fusione di fasci di elettroni: uno studio meccanico e biologico “.

Gli autori Abdulsalam Abdulaziz Al-Tamimi, Boyang Huang, Cian Vyas, Miguel Hernandez, Chris Peach e Paulo Bartolo ci ricordano che mentre le placche ossee metalliche possono essere comunemente impiantate dopo le fratture, ci sono alcuni svantaggi maggiori – e principalmente a causa di disallineamento impianto / osso che potrebbe limitare il processo di guarigione. Utilizzando EBM, il gruppo di ricerca era in missione per creare piastre con rigidità ridotta ma simili proprietà meccaniche.

Mentre le placche di compressione vengono spesso utilizzate per il trattamento delle fratture ossee, si possono incontrare difficoltà quando è il momento di rimuovere tali impianti. In alcuni casi, possono persino causare una frattura o un danno ai nervi. C’è sempre la possibilità di lasciare l’impianto, ma i ricercatori sottolineano che questo scenario offre il rischio di corrosione, il rilascio di ioni metallici nel corpo e persino la possibilità di reazioni del paziente a materiali che potrebbero essere cancerogeni. Per migliorare queste opzioni, i ricercatori hanno combinato i seguenti nel loro studio:

Produzione di additivi
Modellazione al computer
Simulazione
Ottimizzazione
Durante questo studio, le lastre sperimentali sono state create utilizzando il software Materialize Magics e quindi esportate in Build Assembler per l’affettatura e il caricamento. I ricercatori hanno anche creato strutture di supporto per le piastre per aggiungere stabilità, oltre a prevenire stress termici e deformazioni. L’EBM Arcam A3 è stato utilizzato per la fabbricazione delle lastre.

Grande attenzione è stata prestata non solo per prevenire guasti meccanici ma anche deformazioni. I valori di rigidità caratterizzavano le placche ossee, con quattro, sei e otto fori. In ciascun campione, i ricercatori hanno notato una riduzione della rigidità dopo un aumento della riduzione del volume.

“È stata anche ottenuta una buona approssimazione tra risultati numerici e sperimentali, a dimostrazione che gli strumenti computazionali considerati in questa ricerca rappresentano un approccio praticabile per progettare e simulare il loro comportamento prima di costose costruzioni e fasi sperimentali”, hanno affermato i ricercatori. “I risultati mostrano anche che l’ottimizzazione della topologia è uno strumento fattibile per ridisegnare le placche ossee, riducendo la loro rigidità equivalente e di conseguenza l’effetto di schermatura dello stress.”

Lo studio è stato ristretto in “considerando la stabilità meccanica delle placche ossee ottimizzate per la topologia”, ma i ricercatori stanno affrontando questo problema con l’analisi delle regioni di plastica.

“La maggior parte delle piastre ossee presentava uno stress di snervamento superiore con due piastre (riduzione del volume del 75% a quattro fori e piastre di riduzione del volume a sei fori del 25%) che mostravano somiglianze con quelle commerciali in termini di comportamento di resa. Le sollecitazioni di resa risultanti per le due placche ossee che hanno un modulo equivalente di Young simile all’osso corticale hanno mostrato circa la metà della resa della placca ossea commerciale. Tuttavia, se consideriamo che la forza massima richiesta per ottenere le due placche ossee sono 4191 N (sei fori e il 75% di riduzione del volume) e 5481 N (otto fori e il 75% di riduzione del volume), questo è ancora clinicamente accettabile in quanto corrisponde a 6-8 volte il peso corporeo di un paziente di 70 kg “, ha dichiarato la ricerca.

Le lastre fabbricate tramite EBM non dovevano essere sottoposte a nessuna post-elaborazione. Ciò significava l’eliminazione di:

Tensioni residue
Finitura superficiale
lucidatura
A causa della rugosità superficiale risultante, c’era un buon attaccamento cellulare, portando i ricercatori a credere che la mancanza di lucidatura fosse complessivamente positiva.

“Gli studi di vitalità cellulare mostrano anche un numero significativo di cellule morte nelle piastre commerciali dopo 14 giorni di semina cellulare rispetto alle piastre EBM”, hanno affermato i ricercatori. “Questo può essere parzialmente spiegato dalla topografia superficiale delle placche ossee commerciali. Tuttavia, sono necessarie ulteriori indagini per chiarire il ruolo che il rilascio di ioni e la bagnabilità hanno sulle interazioni cellulari. “

In conclusione, i ricercatori hanno sottolineato che le parti EBM prive di trattamento post-trattamento erano anche più biocompatibili delle lastre commerciali.

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