I ricercatori della Delft University of Technology hanno progettato e stampato un impianto poroso in osso di titanio con proprietà antibatteriche.

Sfruttando un nuovo metodo di biofunzionalizzazione chiamato ossidazione elettrolitica plasmatica, il team è stato in grado di caricare l’impianto con nanoparticelle di stronzio e argento, sradicando i batteri Staphylococcus aureus notoriamente resistenti entro 24 ore. I ricercatori ritengono che il comportamento antibatterico sinergico che hanno scoperto tra lo stronzio e l’argento potrebbe dare origine a un nuovo tipo di impianto – uno che sopravvive ai pazienti con una manutenzione minima.

Gli impianti ossei sono uno dei più popolari nel settore dei dispositivi medici e possono essere trovati in milioni di persone in tutto il mondo. Come qualsiasi altro dispositivo funzionale, tuttavia, anche loro hanno una durata utile limitata. Verso la fine della vita di servizio, inizia a manifestarsi un allentamento, caratterizzato da un deterioramento della mobilità del paziente e dall’insorgenza di dolori e dolori.

L’obiettivo finale di un impianto osseo è quello di scongiurare l’allentamento abbastanza a lungo da consentire al paziente di procedere prima dell’impianto (il tutto mentre serve allo scopo, ovviamente). Per fare ciò, l’impianto deve sostituire il tessuto osseo nativo, per cui l’osso circostante cresce sulla superficie dell’impianto e si fonde con esso in un processo chiamato osteogenesi. Per anni, i ricercatori hanno provato una serie di approcci, tra cui la sintesi di nuovi biomateriali, la biofunzionalizzazione di superficie e persino la consegna di agenti attivi locali, ma rimane un argomento di prove ed errori in corso.

Con l’obiettivo finale in mente e il finanziamento del dipartimento di ingegneria dietro di loro, il team ha stampato un impianto Ti-6Al-4V campione usando la tecnologia SLM. Quindi, l’ossidazione elettrolitica al plasma – un processo di trattamento superficiale elettrochimico per la generazione di rivestimenti di ossido – è stata utilizzata per biofunzionalizzare la superficie dell’impianto con stronzio e argento. Qui, lo stronzio ha favorito la crescita ossea mentre l’argento ha fornito le proprietà antibatteriche. Il team ha scoperto che entrambi gli agenti attivi venivano continuamente rilasciati per un massimo di 28 giorni e che il ceppo di Staphylococcus aureus era praticamente inesistente dopo 24 ore di contatto con la superficie.

È interessante notare che è stata scoperta una relazione antibatterica straordinariamente sinergica tra lo stronzio e l’argento. Mentre in presenza di stronzio, erano necessarie concentrazioni inferiori di 4x – 32 volte di ioni argento per uccidere l’intera coltura batterica, nonostante lo stronzio stesso non avesse proprietà battericide. I ricercatori vedono il loro lavoro come un prototipo avanzato di futuri biomateriali ortopedici e sperano di vedere la loro scoperta utilizzata in un contesto clinico.

Ulteriori dettagli dello studio sono disponibili nel documento intitolato ” Impianti di titanio poroso fabbricati in modo addizionale e ricchi di funzionalità “. È co-autore di Ingmar AJ van Hengel, Francisca SA Gelderman, Stefanos Athanasiadis, Michelle Minneboo, Harrie Weinans, Ad C. Fluit, Bram CJ van der Eerden, Lidy E. Fratila-Apachitei, Iulian Apachitei e Amir A. Zadpoor .

Lo sviluppo di materiali antimicrobici dilaga nella ricerca sui dispositivi medici. Di recente, alcuni ricercatori dell’Università di Tsinghua , Pechino, hanno stampato in 3D un impianto di tessuto cervicale personalizzato per contrastare il papillomavirus umano (HPV). Lavorando sulla stessa premessa dello studio Delft, la struttura porosa dell’impianto di poliuretano è stata caricata con una proteina anti-HPV che è stata rilasciata quantitativamente per inibire la crescita dell’HPV.

Altrove, gli scienziati dei materiali hanno sviluppato un filamento composito a base di policaprolattone (PCL) infuso in amido per l’uso con macchine FDM a bassa temperatura. Il filamento è stato quindi ulteriormente funzionalizzato mediante l’aggiunta di ingredienti bioattivi, conferendogli proprietà antibatteriche che funzionano in un ampio intervallo di temperature.

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