Un meta-biomateriale ibrido che promuove la crescita ossea non è qualcosa che troverai in natura, ma può essere creato utilizzando una stampante 3D e biomateriali esistenti. I ricercatori della TU Delft hanno sviluppato un metaimpianto che combina un metabiomateriale convenzionale con un metabiomateriale auxetico. A differenza dei materiali naturali, gli auxetici hanno un coefficiente di Poisson negativo:quando allungati, diventano più spessi perpendicolarmente alla forza applicata. Il materiale può quindi essere utilizzato negli impianti dell'anca per garantire il loro fissaggio a lungo termine. I ricercatori della TU Delft hanno pubblicato i loro risultati sulla rivista scientifica Orizzonti di materiali il 2 gennaio 2018.

Intorno all'anno 2020, il numero di protesi d'anca in tutto il mondo dovrebbe salire a 2,5 milioni all'anno. Utilizzando la tecnologia attuale, circa il 10% di questi impianti non sarà più fissato saldamente 10 anni dopo l'intervento. Questo ha ispirato il professor Amir Zadpoor ​​della TU Delft a trovare un mezzo per prevenire l'allentamento dell'impianto. Zadpoor ​​ora crede di aver trovato una soluzione usando un meta-biomateriale auxetico.

I metabiomateriali sono la variante biomedica dei cosiddetti metamateriali, materiali che presentano caratteristiche che non si trovano in natura. Nella loro pubblicazione, Zadpoor ​​ei suoi colleghi delineano l'immenso potenziale dei metamateriali nello sviluppo di impianti medici. "Meta-biomateriale auxetico, progettato utilizzando una geometria semplice e stampato in titanio, mostra la proprietà meccanica unica di espandersi quando viene messo sotto pressione. Questo lo rende ideale per l'uso insieme a materiali che fanno il contrario, " spiega Zadpoor. "Quando qualcuno con un impianto all'anca cammina, la protesi è soggetta a varie forze. Se si sviluppa troppa pressione su un lato della protesi, può staccarsi dall'osso, il che è estremamente indesiderabile".

I ricercatori ritengono che una protesi ibrida fatta di meta-biomateriali con un rapporto di Poisson positivo e quelle con un rapporto di Poisson negativo si fisseranno molto di più nel corpo. "Ciò migliorerà significativamente le possibilità di crescita ossea sui meta-biomateriali ibridi, mantenendo l'impianto in posizione molto più saldamente in posizione." Zadpoor ​​pensa anche che sarà in grado di utilizzare questo nuovo materiale in futuro per affrontare la causa più significativa dell'allentamento dell'impianto. "Dal momento che ci saranno meno forze innaturali al lavoro sulla protesi, c'è una minore possibilità che le particelle di plastica si consumino nella coppa dell'anca, che può aumentare il rischio di allentamento."

L'esperimento di Zadpoor ​​prevedeva una compressione verticale su un impianto circondato da materiale simile all'osso (schiuma speciale con le proprietà meccaniche dell'osso). La forza simula lo stress esercitato su un impianto nel corpo umano. A causa di questa pressione, il nuovo impianto si espande, con conseguente compressione nell'osso circostante su entrambi i lati (la colorazione turchese vista nell'immagine sopra). È proprio questa compressione che può garantire una migliore fissazione dell'impianto. Gli studi clinici devono ancora essere condotti. Negli anni a venire, la principale domanda di ricerca del gruppo di Delft - che lavorerà in collaborazione con ricercatori di vari ospedali accademici - riguarda come esattamente queste proprietà possono essere utilizzate per sviluppare impianti migliori.

"L'innovazione nel campo delle protesi d'anca è assolutamente necessaria, e il nuovo metodo del professor Zadpoor ​​ha certamente il potenziale per prolungare la durata degli impianti. Sarà necessaria un'introduzione graduale a partire da misurazioni 3D di questo impianto nei pazienti al fine di garantire il miglioramento sicuro della qualità per i pazienti, "dice il professor Rob Nelissen, Professore Medical Delta e chirurgo ortopedico presso il Centro medico dell'Università di Leiden.

La carta, "Meta-impianti progettati razionalmente:una combinazione di meta-biomateriali auxetici e convenzionali, " è stato pubblicato sulla rivista peer-reviewed della Royal Society of Chemistry Orizzonti di materiali .