Le protesi d'anca in titanio non durano per sempre. Queste protesi infatti si allentano gradualmente e prima o poi perdono la loro presa sull'osso che si ritira nel tempo.
I ricercatori dell'Istituto Fraunhofer per la ricerca applicata sui polimeri IAP hanno lavorato insieme all'Istituto Fraunhofer per l'ingegneria interfacciale e la biotecnologia IGB e al Fraunhofer USA Center for Manufacturing Innovation CMI per sviluppare un adesivo tissutale che possa aiutare a evitare la sostituzione precoce delle protesi in futuro. Il materiale biomimetico e antimicrobico viene applicato alla superficie in titanio dell'impianto, che poi si collega all'osso e vi aderisce naturalmente. Il segreto è che l'adesivo tissutale, che emula le proprietà adesive delle cozze, può essere stampato anche su curve e superfici irregolari.
Da caratteristica scomoda a utilissimo pregio
Le cozze si aggrappano strettamente agli scafi delle imbarcazioni e le loro escrescenze si rivelano difficili da rimuovere. Per farlo, utilizzano una proteina contenente l'aminoacido diidrossifenilalanina (noto anche come DOPA). I ricercatori del Fraunhofer IAP nel Parco Scientifico di Potsdam hanno lavorato con il Fraunhofer IGB e il Fraunhofer USA CMI per sviluppare un adesivo biomimetico che emula questa proprietà. Si distingue per le sue notevoli proprietà adesive e di incollaggio, che ne consentono l'utilizzo in una varietà di applicazioni in ambito biomedico, come ad esempio la chiusura di ferite aperte. Può anche essere applicato alle superfici in titanio degli impianti come adesivo, facendo sì che il corpo riconosca la superficie come una sostanza simile all'osso e la colleghi all'osso.
Un adesivo perfetto per il medicale
"Il DOPA garantisce un'adesione molto efficace. Abbiamo sfruttato questa proprietà nel nostro materiale adesivo sintetizzando polimeri che contengono dopamina, un analogo chimico della DOPA. L'adesivo a base di dopamina può essere miscelato con una serie di additivi, come particelle di apatite (una sostanza di cui sono composti i denti), proteine e molecole segnale. Questi promuovono la crescita delle cellule ossee e possono essere utilizzati per rivestire, ad esempio, gli impianti in titanio", spiega il dottor Wolfdietrich Meyer, scienziato del Fraunhofer IAP.
Lo speciale rivestimento permette all'impianto di apparire più "naturale" al corpo, favorendo il processo di guarigione e l'integrazione dell'impianto. L'adesivo a base biologica e prodotto in modo sostenibile ha anche proprietà antimicrobiche. I polimeri a base di dopamina non sono adatti solo per l'adesione dei tessuti: possono essere utilizzati anche per sviluppare superfici funzionalizzate, materiali antibatterici e rivestimenti intelligenti con funzioni speciali.
Più forte con la luce
La funzionalità dell'adesivo può essere aumentata attraverso la sintesi chimica. Può essere modificato per reagire alla luce, in modo da indurirsi quando viene esposto ai raggi UV. Questo processo ne rafforza l'effetto adesivo. I materiali fotoreattivi possono essere lavorati nella stampa 3D utilizzando i raggi UV. Questa capacità consente di costruire strutture complesse per impianti medici personalizzati.
Il team di ricerca del Fraunhofer IAP e dell'IGB è riuscito a rendere stampabile l'adesivo tramite la reticolazione dei polimeri. "Abbiamo sviluppato efficacemente il materiale per la stampa 3D", afferma Meyer. Una bioprinter è stata utilizzata per applicare il materiale all'albero tridimensionale in titanio di un'articolazione dell'anca presso il Fraunhofer USA Center for Manufacturing Innovation CMI di Boston, negli Stati Uniti.
In studi futuri, i ricercatori intendono sviluppare soluzioni per attivare e disattivare le proprietà adesive. "Se il chirurgo ha posizionato l'adesivo in un'area leggermente errata, deve agire rapidamente per correggere l'errore e disattivare l'effetto adesivo", spiega il chimico.
