L’emergere delle stampanti 3D negli ultimi anni è stato un motivo di ammirazione e celebrazione. I mezzi di comunicazione hanno individuato numerose applicazioni di questa tecnologia nella vita quotidiana, ma anche la ricerca sta trarre vantaggio da questa innovazione, come dimostra il lavoro degli scienziati del Centro di ricerca collaborativa 1270 “Electrically Active ImplaNtatE – ELAINE” presso l’Università di Rostock. Questi ricercatori stanno sviluppando impianti innovativi che incorporano diverse proprietà bioattive, avvicinandosi sempre di più alle caratteristiche biologiche dell’osso. Questo lavoro fa parte del progetto di ricerca ELAINE, focalizzato sugli impianti elettricamente attivi.
Il trattamento di tumori ossei o gravi lesioni ossee rappresenta spesso una sfida significativa per la medicina, come sottolinea il professor Hermann Seitz. Il titanio è stato uno dei materiali utilizzati come sostituto osseo, ma la sua adattabilità alle specifiche condizioni anatomiche individuali, come nel caso del viso, è complessa. Inoltre, esiste il rischio che un impianto rigido possa allentarsi nel tempo, causando problemi a lungo termine. Un altro approccio prevede il prelievo di tessuto osseo dalla pelvi per poi trapiantarlo nella zona danneggiata, ma anche questo metodo ha i suoi svantaggi, come afferma Seitz.
Nella ricerca attuale sulla produzione di sostituti ossei, gli scienziati di Rostock stanno prendendo spunto dalla fisiologia dell’osso. Si sa che quando l’osso è sottoposto a carichi meccanici, si generano piccoli potenziali di stress all’interno di esso. Questo effetto piezoelettrico stimola la crescita delle cellule ossee, come spiega Christian Polley, dottorando presso il Centro di ricerca collaborativa. La piezoelettricità svolge un ruolo fondamentale nel continuo processo di rimodellamento osseo nel corpo umano. È noto anche che il titanato di bario, una ceramica piezoelettrica, può generare tensioni anche sotto pressione meccanica.
Nel promettente progetto di ricerca ELAINE, il titanato di bario è stato unito a vetri bioattivi che rilasciano ioni a contatto con i fluidi corporei, sviluppando così una bioattività. In collaborazione con il professor Aldo Boccaccini della cattedra di biomateriali dell’Università Friedrich-Alexander di Erlangen-Norimberga, questa combinazione di materiali viene utilizzata come input per una stampante 3D.
Gli scienziati stanno già effettuando test su camere di simulazione in grado di riprodurre realisticamente la pressione all’interno del corpo. L’obiettivo finale è sviluppare un impianto in grado di rispondere piezoelettricamente agli stimoli meccanici e allo stesso tempo mantenere la sua bioattività. Una volta che le cellule ossee colonizzano l’impianto e si formano i vasi sanguigni, l’impianto potrà rimanere nel corpo.
Uno dei vantaggi di questo processo è la possibilità di adattare con precisione l’impianto in base alle esigenze individuali dei pazienti utilizzando una stampante 3D. “Sappiamo esattamente in anticipo come deve essere il pezzo del puzzle”, afferma Polley. Una volta che l’impianto esce dalla stampante, inizia l’intervento chirurgico.
Va notato che questo è ancora uno stadio molto iniziale di ricerca di base, quindi passeranno ancora molti anni prima che questa tecnologia possa essere applicata routine in ambito clinico. Tuttavia, durante questo percorso di ricerca, ci si aspetta importanti risultati e nuove scoperte che potrebbero rivoluzionare il trattamento dei difetti ossei.
Centro di ricerca collaborativa 1270 ELAINE: Il Centro di ricerca collaborativa 1270 “ELAINE”, avviato nel 2017 e attualmente nel suo secondo periodo di finanziamento, coinvolge diverse istituzioni, tra cui l’Università di Rostock, il Centro medico universitario di Rostock, le università di Greifswald, Lipsia, Erlangen e l’Università di Scienze Applicate di Wismar. Questo centro è focalizzato sull’uso di impianti elettricamente attivi per la rigenerazione del tessuto osseo e cartilagineo e per stimolare la crescita e la differenziazione delle cellule. Le risorse finanziarie provengono dalla Fondazione tedesca per la ricerca (DFG) e il centro è attualmente finanziato con circa 24,1 milioni di euro, inclusi i contributi forfettari del programma. Il terzo e ultimo periodo di finanziamento è previsto per il 2025.
Il dottorando Christian Polley (a sinistra) e il professor Hermann Seitz (a destra) (qui davanti a una stampante 3D) stanno studiando come trattare grandi difetti ossei nel Centro di ricerca collaborativa 1270 “Electrically Active ImplaNtatE – ELAINE” (Foto: Joachim Mangler /Università di Rostock).