L’obiettivo strategico del progetto è sviluppare un sistema protesico per patologie articolari (anca, ginocchio, caviglia) che presenti logiche significativamente innovative rispetto agli approcci convenzionali. Tale sistema, denominato “BioProtesi”, mira al rapido ripristino della funzionalità articolare e, grazie all ’impiego di nuovi materiali bioattivi, ad innescare un processo rigenerativo-differenziante dei tessuti osteo-cartilaginei assicurando un risultato clinico efficace e duraturo nel tempo. Nel 2004 in Italia, sono stati registrati 80.000 interventi di sostituzione dell’anca e 45.000 di sostituzione del ginocchio (dati SDO Min. Salute). Grazie all’aumento delle vita media della popolazione e a tecniche che consentiranno di anticipare la protesizzazione in età anagrafiche sempre inferiori, il nuovo concetto di BioProtesi avrà un forte impatto socio-economico nel settore della protesica su pazienti, chirurghi, industria e su tutta la filiera del comparto sanitario. Il lancio di una BioProtesi sarà in grado di cambiare lo stato e le dinamiche dell ’attuale mercato protesico, ma lo sviluppo di tale dispositivo è un processo complesso e di lunga durata che prevede passaggi intermedi nel breve-medio periodo, per questo è cruciale l’ integrazione di un progetto dedicato ad una ricerca di base finalizzata (FIRB) ed un progetto prettamente industriale (GPS DM28915) dedicato allo sviluppo competitivo. In quest’ ottica il progetto FIRB mira all’ acquisizione di conoscenze di base e tecnologiche fondamentali per la realizzazione della BioProtesi, le quali, sostituendosi alle invasive protesi metalliche tradizionali, apriranno nuove prospettive nel settore chirurgico verso concetti sempre più “biologici”. Per l’ ottenimento della BioProtesi è infatti previsto lo sviluppo di una serie di materiali ad elevato biomimetismo: ceramici (apatiti nanostrutturate biomimetiche rinforzate con fasi ceramiche bioinerti), polimeri e compositi bio-ibridi, ottenuti per sintesi “biologically inspired” di apatiti biomimetiche nucleate in situ su fibre di collagene e altri polimeri naturali. Tali materiali saranno utilizzati per realizzare compositi ibridi 3D aventi strutture morfologiche di tipo gerarchico, simili al tessuto osteocondrale naturale, e proprietà meccaniche superiori. Questi dispositivi saranno ingegnerizzati allo scopo di modulare l’ attività delle cellule in vivo e la dinamica dei fluidi fisiologici sulla microscala. A questo scopo verranno utilizzate varie tecniche avanzate di formatura, tra cui tecniche nanolitografiche e di electrospinning. Molecole bioattive saranno adsorbite e immobilizzate sugli scaffolds allo scopo di differenziare la proliferazione cellulare in senso osseo o cartilagineo quindi il costrutto verrà coltivato in bioreattori opportunamente finalizzati. Tutti i materiali e gli scaffolds ottenuti saranno caratterizzati da un punto di vista strutturale, chimico-fisico, morfo-funzionale, meccanico e biomeccanico in vivo ed ex vivo mediante un ampio spettro di tecniche analitiche. Test in vitro saranno effettuati sugli scaffolds in modo iterativo per ottimizzarne le caratteristiche funzionali; saranno determinate le interazioni tra cellule e biomateriale, la citotossicità degli scaffold e le cinetiche di adesione e proliferazione cellulare. Infine l’ analisi della biofunzionalità degli scaffolds sarà effettuata mediante test in vivo su animali di piccola e grossa taglia. E’ previsto che l’ ottenimento e lo sviluppo dei nuovi impianti e l’ ottenimento della BioProtesi articolare di seconda generazione avvenga nel medio-lungo periodo e se ne prevede l’immissione sul mercato dopo quattro anni dalla fine del progetto.

Materiali innovativi per lo sviluppo di bio-protesi articolari

Marcacci m.
2006

Abstract

L’obiettivo strategico del progetto è sviluppare un sistema protesico per patologie articolari (anca, ginocchio, caviglia) che presenti logiche significativamente innovative rispetto agli approcci convenzionali. Tale sistema, denominato “BioProtesi”, mira al rapido ripristino della funzionalità articolare e, grazie all ’impiego di nuovi materiali bioattivi, ad innescare un processo rigenerativo-differenziante dei tessuti osteo-cartilaginei assicurando un risultato clinico efficace e duraturo nel tempo. Nel 2004 in Italia, sono stati registrati 80.000 interventi di sostituzione dell’anca e 45.000 di sostituzione del ginocchio (dati SDO Min. Salute). Grazie all’aumento delle vita media della popolazione e a tecniche che consentiranno di anticipare la protesizzazione in età anagrafiche sempre inferiori, il nuovo concetto di BioProtesi avrà un forte impatto socio-economico nel settore della protesica su pazienti, chirurghi, industria e su tutta la filiera del comparto sanitario. Il lancio di una BioProtesi sarà in grado di cambiare lo stato e le dinamiche dell ’attuale mercato protesico, ma lo sviluppo di tale dispositivo è un processo complesso e di lunga durata che prevede passaggi intermedi nel breve-medio periodo, per questo è cruciale l’ integrazione di un progetto dedicato ad una ricerca di base finalizzata (FIRB) ed un progetto prettamente industriale (GPS DM28915) dedicato allo sviluppo competitivo. In quest’ ottica il progetto FIRB mira all’ acquisizione di conoscenze di base e tecnologiche fondamentali per la realizzazione della BioProtesi, le quali, sostituendosi alle invasive protesi metalliche tradizionali, apriranno nuove prospettive nel settore chirurgico verso concetti sempre più “biologici”. Per l’ ottenimento della BioProtesi è infatti previsto lo sviluppo di una serie di materiali ad elevato biomimetismo: ceramici (apatiti nanostrutturate biomimetiche rinforzate con fasi ceramiche bioinerti), polimeri e compositi bio-ibridi, ottenuti per sintesi “biologically inspired” di apatiti biomimetiche nucleate in situ su fibre di collagene e altri polimeri naturali. Tali materiali saranno utilizzati per realizzare compositi ibridi 3D aventi strutture morfologiche di tipo gerarchico, simili al tessuto osteocondrale naturale, e proprietà meccaniche superiori. Questi dispositivi saranno ingegnerizzati allo scopo di modulare l’ attività delle cellule in vivo e la dinamica dei fluidi fisiologici sulla microscala. A questo scopo verranno utilizzate varie tecniche avanzate di formatura, tra cui tecniche nanolitografiche e di electrospinning. Molecole bioattive saranno adsorbite e immobilizzate sugli scaffolds allo scopo di differenziare la proliferazione cellulare in senso osseo o cartilagineo quindi il costrutto verrà coltivato in bioreattori opportunamente finalizzati. Tutti i materiali e gli scaffolds ottenuti saranno caratterizzati da un punto di vista strutturale, chimico-fisico, morfo-funzionale, meccanico e biomeccanico in vivo ed ex vivo mediante un ampio spettro di tecniche analitiche. Test in vitro saranno effettuati sugli scaffolds in modo iterativo per ottimizzarne le caratteristiche funzionali; saranno determinate le interazioni tra cellule e biomateriale, la citotossicità degli scaffold e le cinetiche di adesione e proliferazione cellulare. Infine l’ analisi della biofunzionalità degli scaffolds sarà effettuata mediante test in vivo su animali di piccola e grossa taglia. E’ previsto che l’ ottenimento e lo sviluppo dei nuovi impianti e l’ ottenimento della BioProtesi articolare di seconda generazione avvenga nel medio-lungo periodo e se ne prevede l’immissione sul mercato dopo quattro anni dalla fine del progetto.
bioprotesi
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