La novità di qualche giorno fa riguarda un nuovo materiale biocompatibile, composto da due idrogel diversi, uno più resistente e uno più morbido. Il biomateriale “mima” letteralmente la cartilagine e potrebbe aiutare i chirurgi nel ricostruire componenti del ginocchio con forme personalizzate, grazie ad una stampante 3D. Questa l’ultima ricerca effettuata dai ricercatori della Duke University a Durham, nel North Carolina, che hanno pubblicato i risultati sulla rivista ACS Biomaterials Science and Engineering.

”I gel attualmente disponibili non sono forti quanto i tessuti umani e quando escono dalla stampante non stanno fermi, ma tendono a “scappare” ovunque, perche’ composti prevalentemente da acqua” spiega il chimico Benjamin Wiley.

IMPIANTI AL GINOCCHIO STAMPABILI 3D

Cartilagine 3D: idrogel e nanoparticelle di argilla
Cartilagine 3D: idrogel e nanoparticelle di argilla
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Il danno più comune che si riscontra al ginocchio è l’usura della cartilagine del menisco, l’elemento fondamentale su cui si basa l’intera articolazione per funzionare e per resistere nel tempo. Una vita di applicazioni cicliche del proprio peso sul ginocchio – o un singolo passo sbagliato durante una partita di tennis, ad esempio- possono danneggiare definitivamente questi supporti, provocando dolori e artriti. Nonostante l’apparente semplicità, il danno è spesso ritenuto un intervento critico dal punto di vista chirurgico: molti impianti plastici sono stati usati per sopperire alla mancanza del supporto cartilagineo, ma le sue proprietà di assorbimento sono ardue da replicare.

“La cartilagine non è un materiale omogeneo: al centro risulta più rigido e all’esterno più morbido. Le stampanti 3D multi-materiali consentono di stampare diversi materiali in diversi strati, ma con uno stampo tradizionale puoi utilizzare solo un materiale” spiega uno degli autori della ricerca Feichen Yang.

Il menisco, posto tra il femore e la tibia
Il menisco, posto tra il femore e la tibia
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Per risolvere il problema della cartilagine “artificiale”, il team della Duke University ha fuso insieme due differenti tipi di idrogel, con proprietà complementari: uno flessibile e morbido, l’altro rigido e resistente. Questa doppia rete di materiali viene “tessuta” insieme per ricreare un network estremamente resistente ma al contempo elastica.

Per realizzare un materiale stampabile in 3D, nel network di idrogel sono state inoltre inserite delle nanoparticelle di argilla per renderlo liquido, mentre torna rigido quando non in movimento.

“Abbiamo reso possibile e facile stampare qualcosa molto vicino, nelle proprietà meccaniche, alla cartilagine, grazie ad un processo relativamente semplice ma soprattutto economico” spiega Benjamin Wiley, professore associato di chimica alla Duke e autore dell’articolo originale. Per dimostrarne la facilità, i ricercatori hanno utilizzato una stampante 3D da 300$.

Stampa 3D dell’idrogel, che scorre come l’acqua all’interno dell’ago. In assenza di forze, l’idrogel si indurisce nella forma stampata. Credits: Feichen Yang

Cambiando le quantità dei singoli biomateriali è possibile intervenire sulle proprietà del prodotto finale, fino a giungere a quella ottimale.

“Questo è davvero un campo nuovo in cui fare ricerca” conclude Wiley “E spero che la facilità con cui possono essere realizzati questi biomateriali possa invogliare molti altri nello studio e nella realizzazione di supporti sempre più simili alle componenti umane”

 

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