I semigusci fusi per protesi resurfacing sono strutturati su un lato per migliorare l'aderenza delle cellule ossee. Credito:l'altro lato è completamente liscio. Fraunhofer IKTS
La protesi di rivestimento dell'anca attualmente utilizzata negli interventi chirurgici è costituita da una lega costituita da cobalto, cromo e molibdeno. Ma questo metallo non è ben tollerato da tutti i pazienti, alcuni dei quali sviluppano reazioni allergiche o infezioni. In alcuni casi, potrebbe anche essere necessario rimuovere la protesi. Attraverso il progetto Ceramic Bonepreserver, Fraunhofer Institute for Ceramic Technologies and Systems IKTS ha sviluppato una nuova protesi di rivestimento in ceramica composta da cappa femorale e acetabolo monoblocco, che hanno una biocompatibilità più elevata, eppure sono altrettanto stabili e forti delle loro controparti metalliche.
Le operazioni all'articolazione dell'anca sono una delle procedure più comuni negli ospedali tedeschi. Infatti, secondo l'Ufficio federale di statistica tedesco, circa 220, Ogni anno vengono impiantate 000 articolazioni artificiali dell'anca, generalmente a causa di incidenti e dell'usura tipica delle persone anziane.
Una lega costituita da cobalto, cromo e molibdeno è uno dei materiali più comunemente utilizzati. Però, l'abrasione del metallo spesso porta a problemi come la temuta condizione di metallosi, con il paziente che alla fine soffre di irritazione, reazioni allergiche, infezioni o addirittura pseudotumori. Gli ioni metallici possono essere rilevati anche nel sangue e nei tessuti. Se il peggio arriva al peggio, il paziente potrebbe dover subire un'altra operazione e far rimuovere la protesi.
Una protesi resurfacing innovativa a base di ceramica è molto più biocompatibile, poiché la ceramica non provoca reazioni allergiche o infezioni. La protesi è stata sviluppata dal Fraunhofer IKTS nell'ambito del progetto congiunto Ceramic Bonepreserver, una collaborazione con il produttore di dispositivi medici Mathys Orthopädie GmbH.
Ricostruzione che preserva l'osso per una migliore biocompatibilità
Oltre all'elevata biocompatibilità, la protesi di rivestimento priva di metallo offre anche ulteriori vantaggi. "La protesi di rivestimento in ceramica consente la ricostruzione endoprotesica dell'articolazione dell'anca preservando l'osso, " spiega la responsabile del progetto Martina Johannes del Fraunhofer IKTS presso la sede di Hermsdorf.
Questa innovativa protesi di rivestimento è una combinazione di cappetta femorale e acetabolo monoblocco. Durante l'intervento, il cappuccio femorale è impiantato nel femore, e la sua controparte, l'acetabolo, ancorato nell'osso dell'anca. Le superfici che alla fine saranno racchiuse dall'osso sono strutturate per migliorare l'aderenza delle cellule ossee. In contrasto, l'area di contatto dell'articolazione artificiale tra l'acetabolo e l'elemento sferico della cappetta femorale è completamente liscia per consentire un movimento senza sforzo e senza interruzioni della gamba.
La struttura di una ceramica a dispersione ATZ al microscopio. Anche la distribuzione delle particelle è essenziale per le proprietà di qualità della protesi come resistenza e durata. Attestazione:Fraunhofer IKTS
Produzione di ceramica ATZ con granulometrie nell'ordine dei nanometri
Fraunhofer IKTS ha molti anni di esperienza nella produzione e lavorazione di materiali ceramici, compreso il processo di formatura utilizzato nell'ingegneria medica, dove i requisiti in termini di precisione e affidabilità sono particolarmente elevati. Il team di Martina Johannes ha ulteriormente ottimizzato le fasi del processo per il progetto Ceramic Bonepreserver. Nel primo passo, i materiali ceramici acquistati, ossido di alluminio e biossido di zirconio, sono finemente dispersi. Usando questo come base, i ricercatori creano una sospensione ultrapura. "Le particelle devono essere distribuite uniformemente nella sospensione per garantire la qualità del prodotto finale, che deve essere completamente privo di pori, impurità o altri difetti. Gli impianti medici devono essere privi di difetti, "dice Giovanni.
L'acetabolo viene quindi formato utilizzando il processo di colata a scorrimento, un metodo comune nella produzione tradizionale della porcellana ed è stato ulteriormente sviluppato presso Fraunhofer IKTS. I prodotti raggiungono le loro proprietà finali durante il processo di sinterizzazione, che è l'ultimo passo. "Con ceramica a dispersione di zirconia temprata con allumina sinterizzata (ATZ), otteniamo una struttura con granulometria compresa tra 310 e 320 nanometri, " dice Johannes. In confronto, i fondi di caffè finissimi utilizzati per l'espresso hanno una granulometria di 250 micrometri, che è circa 1000 volte più grande.
Il gruppo di lavoro di Martina Johannes è certificato secondo la norma EN ISO13485 per la produzione e lo sviluppo di materiali e componenti per l'ingegneria medica e viene quindi sottoposto regolarmente a severi test.
Resistenza eccezionale e stabilità a lungo termine
E la resistenza e la stabilità degli impianti in ceramica? I ricercatori Fraunhofer hanno condotto una serie di test per determinare quanto sia robusto e stabile il materiale. "piegando, i test di pressione e carico hanno rivelato che le protesi in ceramica sono stabili e robuste almeno quanto un prodotto in metallo. Il risultato sono protesi di rivestimento che dimostrano una maggiore usabilità e sono ben tollerate dalle persone, "dice Giovanni.
Il progetto congiunto Ceramic Bonepreserver è stato completato nel settembre 2020 e sostenuto dallo stato tedesco della Turingia con 800, 000 euro. Il progetto arriva al momento giusto:gli esperti sanitari prevedono che, all'aumentare dell'aspettativa di vita, così, pure, sarà il numero di operazioni all'articolazione dell'anca, poiché la maggior parte degli interventi chirurgici viene eseguita nella fascia di età compresa tra 70 e 80 anni. Le protesi in ceramica dell'articolazione dell'anca fanno molto per garantire che le operazioni e il successivo processo di guarigione siano in gran parte privi di dolore e senza complicazioni.
