Gli scienziati del progetto europeo Laser4Surf stanno attualmente sviluppando un modulo ottico multiraggio per trattare le superfici metalliche degli impianti dentali per ottenere la migliore adesione cellulare e proprietà antibatteriche. "Il trattamento superficiale consente o una maggiore superficie di contatto tra l'impianto e l'osso o una migliore affinità per quanto riguarda l'interazione chimica tra la cellula e l'impianto, " spiega Marilys Blanchy, un responsabile di ricerca e sviluppo presso Rescoll, uno dei partner del progetto. Rescoll è un centro tecnologico, specializzato nella scienza dei polimeri, rivestimento adesivo e dispositivi medici, con sede a Bordeaux, sulla costa atlantica francese.

I materiali finora utilizzati in implantologia sono biocompatibili con il corpo, ma inerte relativo all'adesione cellulare alla superficie del dispositivo. Nonostante i buoni risultati, gli scienziati mirano a creare un'osteointegrazione più rapida, cioè la connettività tra l'apparecchio medico e le cellule umane. Una tecnologia attualmente utilizzata è la mordenzatura con acido, l'applicazione di agenti chimici per irruvidire la superficie e creare una trama più funzionale e una nuova topografia. "Tali trattamenti chimici non sono biocompatibili, e quindi devono essere rimossi prima dell'impianto, " spiega Marilys Blanchy. Un altro metodo attualmente in uso è la sabbiatura, in cui le particelle dure vengono sparate sulla superficie dell'impianto per aumentarne la rugosità. Ma qui, pure, esperti hanno sollevato questioni critiche, poiché la sabbiatura può contaminare la superficie dell'impianto.

Geometria nanodimensionata

Entrambe queste pratiche attuali funzionano su scala micron, che è un milionesimo di metro, considerando che la nuova tecnica basata sul laser tratterà la superficie su scala nanometrica, che è un miliardesimo di metro. I raggi laser a impulsi ultracorti possono creare motivi regolari sulla superficie, chiamate strutture superficiali periodiche indotte dal laser (LIPSS), il che significa che gli scienziati possono ora adattare una geometria molto precisa sulla superficie e quindi persino controllare la topografia superficiale dell'impianto su nanoscala.

Le cellule hanno la capacità di percepire queste nanostrutture. Quando l'impianto viene inserito, le cellule entrano in contatto con la sua superficie strutturata e sono in grado di proliferare e di diffondersi lungo i pattern. "Se l'impianto ha una superficie liscia, superficie lucida, le cellule non aderiranno bene. D'altra parte, le cellule non si adattano a una superficie appuntita con bordi duri, o, "dice Blanchi.

La soluzione è impostare la giusta topografia per aumentare il contatto superficiale dell'impianto e dare alle cellule più spazio per muoversi. Questa tecnologia è anche molto pulita, in quanto non modifica la struttura chimica del materiale. Le modifiche sono solo meccaniche e riguardano la topografia e la rugosità. "Invece di avere un duro, superficie piana, avremo una superficie composta di picchi e valli, "dice Marilys Blanchy.

Le cellule ossee sono naturalmente abituate a un'architettura porosa, simile alla microstruttura di un osso, così gli scienziati hanno cercato a lungo di imitare le caratteristiche architettoniche naturali sulla superficie dell'impianto per stimolare l'adesione cellulare.

"Come possiamo ingannare le cellule che formano l'osso? Un modo è usare questo trattamento laser, preservando la composizione dell'impianto generando alcuni pori in superficie, le cui dimensioni possono essere sintonizzate, "dice la professoressa Izabela Stancu, un ricercatore in biomateriali, biofunzionalizzazione e scaffold bio-ispirati. Richiama l'attenzione sul tipo di rugosità ottenuta dopo i trattamenti laser a cui le cellule possono reagire in modo specifico. Qualche volta, differenze di 10 micron o 50 nanometri possono essere statisticamente significative nella risposta cellulare.

"Il vantaggio di tali trattamenti laser è la loro flessibilità nel generare un'architettura personalizzata, migliorare la superficie di contatto tra i tessuti viventi e gli impianti sintetici. Quando si parla di ingegneria superficiale dei prodotti impiantabili, se usano tessuti molli o duri, gli scienziati pensano alle caratteristiche naturali da imitare nell'interfaccia tessuto-biomateriale per innescare l'adesione cellulare. Così, le cellule possono riconoscere la superficie dell'impianto come simile al microambiente naturale con cui hanno familiarità, " spiega il prof. Stancu.

I medici che lavorano oggi con gli impianti segnalano anche fallimenti nel mantenimento a lungo termine della salute perimplantare (attorno all'impianto). "Considerando che oltre il 97 percento degli impianti si integra, i nostri sforzi dovrebbero essere concentrati sulla prevenzione delle malattie perimplantari, che può portare alla progressiva perdita di osteointegrazione, portando alla distruzione delle ossa, " dice il dottor Ignacio Sanz Sánchez, mentore del programma educativo presso la European Association for Osseointegration, e Professore presso la Facoltà di Odontoiatria, Università Complutense di Madrid, Spagna. Poiché l'osteointegrazione è prevedibile, Aggiunge, "la scienza sta progredendo nel campo delle superfici implantari biologiche, cercando di accelerare il processo di guarigione e di avere proprietà antibatteriche per prevenire le malattie perimplantari".

Tuttavia, ci sono ancora sfide prima che la tecnologia possa fornire i massimi benefici. Oltre all'adeguata rugosità, l'impianto in titanio necessita anche della giusta idrofilia, che è la sua capacità di assorbire o adsorbire l'acqua. Le cellule sono molto idrofile, quindi una superficie idrofila aiuta la cellula ad aderire alla superficie dell'impianto. "Una forte rugosità potrebbe indurre una certa idrofobicità (la proprietà di respingere l'acqua). Quindi dobbiamo trovare un compromesso tra ruvidità e idrofilia. Ci stiamo lavorando oggi e speriamo di superarlo, "dice Marilys Blanchy.

La ricerca sul trattamento è ancora in corso, e il prossimo passo sarà navigare nel tortuoso percorso normativo. Sono in corso esperimenti per verificare se ci sono potenziali problemi chimici che potrebbero ostacolare la biocompatibilità. Verranno eseguiti test in vivo in laboratorio per dimostrare la funzionalità su diversi pattern indotti dal laser. "Ci sono due vantaggi principali nell'usare il laser per trattare l'impianto:primo, sappiamo che il materiale è biocompatibile con il corpo, e secondo, sarà più conforme alle relative normative mediche. Se la chimica sulla superficie dell'impianto non è stata modificata, il materiale stesso non sarà cambiato, quindi il prodotto è sicuro, "aggiunge Blanchi.