Impianti in schiuma di titanio per riparare le lesioni ossee

Si cresce con le responsabilità, ma anche con le ossa. Il tessuto osseo diviene più denso quando il carico dell’osso aumenta. Invece, le parti di scheletro meno sollecitate presentano una densità ridotta. Lo stimolo del carico fa scattare la crescita della matrice ossea. I medici cercano di sfruttare meglio questo fenomeno per fissare impianti alle ossa del paziente in maniera più durevole e più stabile. L’osso sostitutivo deve anche favorire l’attecchimento, con pori e canali attraverso i quali i vasi sanguigni e le cellule ossee possano svilupparsi liberamente. Il materiale preferito per gli impianti è il titanio in lega Ti6Al4V. Solido, stabile e resistente, è ben tollerato dal corpo umano, ma non è facile da lavorare. Il titanio reagisce, ad alte temperature, con l’ossigeno, l’azoto e il carbonio. Diviene fragile e può rompersi, il che riduce le possibilità dei processi di fabbricazione.

I processi attuali non permettono ancora di fabbricare matrici ossee complesse. Per questa ragione in caso di problemi alle ossa sottoposte a forte carico si utilizzano principalmente impianti voluminosi in titanio. Di fatto, molti di questi impianti hanno una superficie strutturata che serve da supporto alle cellule ossee. Il collegamento che ne deriva rimane tuttavia fragile. Inoltre, gli impianti voluminosi presentano altre proprietà meccaniche rispetto allo scheletro umano e sono evidentemente più rigidi. „L’osso vicino si carica poco e, nel peggiore dei casi, si ritira. L’impianto si allenta e deve allora essere sostituito“, spiega il professore Peter Quadbeck, ricercatore dell’Istituto Fraunhofer per le tecniche di produzione e la ricerca applicata ai materiali (IFAM) situato nella sassone Dresda. Il professor Quadbeck coordina anche il progetto „TiFoam“ che mette a punto un materiale in titanio destinato a impianti di nuova generazione e la cui struttura porosa ricorda quella delle cellule ossee interne.

La schiuma di titanio si ottiene con una tecnica di stampa a base di polvere metallurgica che ha già provato la sua efficacia per la fabbricazione industriale di filtri in ceramica per la fusione d’alluminio. Le schiume in poliuretano a cellule aperte sono impregnate di una soluzione contenente un legante e di polvere fine di titanio. La polvere si fissa alle strutture cellulari della schiuma. Il poliuretano e il legante sono vaporizzati. Si ottiene così l’immagine delle strutture porose che in seguito è sinterizzata. “Questa schiuma di titanio ha proprietà meccaniche molto vicine a quelle delle ossa umane“, afferma il professor Quadbeck. „Si tratta principalmente di trovare il giusto equilibrio tra una resistenza soddisfacente e una minore rigidità“. La prima è un pre-requisito importante per utilizzare questo materiale in ossa sottoposte a carichi e sollecitazioni meccaniche. Una rigidità simile a quella dell’osso permette di trasmettere stimoli di carica e favorisce la presa dell’impianto con la formazione di nuove cellule ossee. Questo impianto può quindi essere sollecitato subito dopo la sua posa.

I partner del progetto „TiFoam“ si sono concentrati sulla dimostrazione della capacità della schiuma di titanio di sostituire corpi vertebrali difettosi. „TiFoam“ è adatto anche per „riparare“ altre ossa molto sollecitate. Oltre ai ricercatori specializzati in materiali dell’IFAM e quelli dell’IKTS (Istituto di ricerca per tecnologie e sistemi di ceramiche di Dresda), altri medici dell’Ospedale universitario dell’Università tecnologica di Dresda, nonché alcune aziende, hanno partecipato allo sviluppo della schiuma di titanio. InnoTERE, uno dei partner del progetto, prevede di mettere a punto e fabbricare impianti ossei a partire da questo nuovo materiale.