Gli scienziati dell’Università del Nuovo Galles del Sud hanno compiuto progressi significativi nello sviluppo di impalcature stampate in 3D che imitano fedelmente le proprietà meccaniche dell’osso naturale. Questa svolta affronta una sfida di lunga data in medicina: creare sostituti ossei artificiali che funzionino altrettanto bene, o meglio, degli impianti metallici o degli innesti ossei esistenti. I nuovi scaffold mostrano resistenza, porosità e dinamica dei fluidi superiori, avvicinando la rigenerazione ossea funzionale alla realtà.
Il problema delle attuali sostituzioni ossee
I metodi tradizionali per riparare le ossa danneggiate spesso si basano su impianti metallici o innesti ossei. Le protesi metalliche, sebbene robuste, possono essere troppo rigide e stressare i tessuti circostanti. Gli innesti ossei, prelevati da altre parti del corpo del paziente o da donatori, sono disponibili in quantità limitata e comportano rischi di rigetto o infezione. La stampa 3D offre un modo per aggirare queste limitazioni, ma replicare la complessa struttura dell’osso si è rivelato difficile.
L’osso naturale è leggero e resistente, con una struttura porosa che supporta la crescita cellulare e il flusso dei fluidi. I primi tentativi di scaffold stampati in 3D spesso non riuscivano a bilanciare queste qualità, collassando sotto pressione o mancando della porosità necessaria per l’integrazione dei tessuti.
Imitare il design della natura
I ricercatori hanno superato questo ostacolo studiando l’architettura naturale delle ossa. L’osso reale non è uniforme; passa gradualmente da regioni dense e portanti ad aree più leggere e spugnose. Il team ha replicato questa struttura graduata utilizzando acido polilattico (PLA), una plastica biocompatibile e biodegradabile.
“Abbiamo utilizzato un approccio progettuale ispirato all’osso naturale. Nell’osso, la struttura cambia gradualmente da aree dense ad aree più aperte. Abbiamo ricreato questa idea stampando scaffold con strutture graduate in diverse direzioni.” – Dott. Juan Pablo Escobedo-Diaz
Gli scaffold risultanti, con una porosità pari a circa il 55%, hanno mostrato prestazioni notevoli nei test meccanici. Erano 60% più resistenti e 16% più rigidi sotto impatti improvvisi rispetto alla pressione lenta e costante, rendendoli potenzialmente ideali per gli impianti portanti. Anche la direzione della struttura graduata ha influenzato i modelli di frattura, offrendo ai progettisti un altro modo per mettere a punto le proprietà del materiale.
Flusso dei fluidi e implicazioni future
È importante sottolineare che i fluidi scorrevano attraverso le impalcature in modi che ricordano da vicino l’osso naturale, che è fondamentale per la distribuzione dei nutrienti e la rimozione dei rifiuti durante la guarigione. Sebbene queste impalcature non possiedano ancora la capacità di autoguarigione o di adattamento delle ossa viventi, rappresentano un importante passo avanti.
I ricercatori prevedono l’uso clinico entro 5-10 anni, in attesa di ulteriori test e approvazioni normative. Inizialmente, potrebbero essere utilizzati nella ricerca e nella modellizzazione paziente-specifica, portando infine alla sostituzione di grandi difetti ossei in aree come il femore. Il team si sta ora concentrando su progetti biomimetici che replicano più fedelmente le strutture ossee naturali, compresi modelli e gradazioni complessi.
Questa ricerca evidenzia il potenziale della stampa 3D di rivoluzionare la rigenerazione ossea, offrendo un futuro in cui gli impianti artificiali possono non solo supportare ma anche integrarsi con i naturali processi di guarigione del corpo.
