Tumori cancerosi, infezioni o brutte fratture possono rendere necessaria la rimozione chirurgica delle ossa e l'inserimento di impianti al loro posto. In collaborazione con partner europei, I ricercatori Fraunhofer hanno ora sviluppato una tecnica con cui gli impianti ossei che si adattano con precisione, stabile e variabile nelle dimensioni può essere stampato in 3D da una plastica speciale. Il segreto sta nel processo di stampa, dove i singoli strati vengono trattati con plasma freddo per migliorare il legame delle cellule che formano l'osso.

Considerando che i trattamenti superficiali convenzionali che utilizzano tecniche a bassa pressione o a pressione atmosferica hanno una penetrazione limitata all'interno degli impianti ossei, il nuovo metodo consente di applicare un rivestimento che favorisce la crescita cellulare anche all'interno degli impianti. A tal fine, il team di ricercatori del Fraunhofer Institute for Surface Engineering and Thin Films IST utilizza un getto di plasma. Il dispositivo soffia un getto freddo di plasma contenente gruppi reattivi direttamente sugli strati stampati. I gruppi amminici si legano alla superficie e assicurano che le cellule ossee trovino un comodo substrato a cui aderiscano prontamente. Una caratteristica unica della tecnica è che i processi di stampa e rivestimento 3D vanno di pari passo e sono combinati in un unico dispositivo. Poiché per il rivestimento non è richiesto alcun pretrattamento chimico con solventi, non è solo conveniente, ma anche rispettoso dell'ambiente.

Lo scaffold attorno al quale è costruito l'impianto è costituito da uno speciale copolimero che si modella sull'osso naturale. La tecnica di stampa 3D consente di personalizzare, design e stabilità che si adattano perfettamente. "Il nostro obiettivo è che le cellule ossee crescano nella struttura sintetica il più rapidamente possibile e infine sostituiscano l'impianto che viene scomposto gradualmente dagli enzimi del corpo, " spiega il dottor Jochen Borris, che dirige la business unit Life Science and Ecology presso Fraunhofer IST.

Variabile grazie a sofisticati filler

La stabilità meccanica dell'impianto può essere controllata non solo tramite la densità della struttura dell'impalcatura stampata, ma anche tramite speciali cariche che vengono aggiunte al copolimero:maggiore è la concentrazione di carica, maggiore è la stabilità. "Questo sviluppo da parte dei nostri partner di progetto dell'Università di Maastricht consente di variare individualmente la stabilità all'interno dell'impianto. Come le ossa naturali, gli impianti possono ora avere aree con diversi punti di forza, "dice il dottor Thomas Neubert, responsabile del progetto UE presso Fraunhofer IST.

Inoltre, i principi attivi del farmaco come gli antibiotici possono essere incorporati nel riempitivo per ridurre il rischio di infezione.

Il team di progetto ha completato con successo le fasi del progetto fino ad oggi; ora prevede di modificare la tecnica e portarla alla maturità dell'applicazione. Attualmente, l'impianto sperimentale è ancora su scala di laboratorio.

"Attualmente stiamo lavorando per semplificare il processo e renderlo più stabile. Per poter proseguire ulteriormente lo sviluppo e condurre studi clinici, siamo alla ricerca di partner industriali, " afferma Borris. La tecnica innovativa offre un grande potenziale per adattare gli impianti ossei in modo molto preciso alle esigenze individuali dei pazienti. "Con il nostro metodo, siamo in grado di controllare la forma, porosità, stabilità meccanica e caratteristiche biomeccaniche e variarle all'interno degli impianti. Ciò significa che possiamo produrre aree con diversi punti di forza o porosità, che può anche essere rivestito con vari gruppi funzionali." In futuro, i medici potrebbero essere in grado di formulare i requisiti per ciascun paziente sulla base di immagini scansionate e inviare i dati alle tipografie mediche, dove sarebbero poi stati stampati gli impianti che si adattano con precisione.