O bună parte din numărul total de implanturi ortopedice nu reușește din cauza lipsei vindecării la locul intervenției. Implanturile ortopedice sunt dispozitive medicale utilizate pentru a înlocui articulațiile sau secțiunile osoase lipsă sau pentru a susține un os deteriorat sau bolnav. Afecțiunile ortopedice îngreunează viețile multor pacienți, iar volatilitatea succesului operațiilor, îngreunează cu mult situația chirurgilor din domeniu.
Un studiu condus de Dr. Camen Torres-Sachez, lector în fabricarea materialelor multifuncționale, la Universitatea Loughborough, a testat mai multe modele de implanturi folosite la momentul actual, pentru a compara cu modele mai noi și a întelege diferențele structurale pe care celulele ce construiesc țesut osos le preferă. În studiul condus de Dr. Torres-Sanchez au fost investigate două noi tipuri de modele: suprafața minimă triplu periodică (TPMS) și structurile de tip trabecular.
Noul studiu demonstrează că celulele sunt sensibile la topologie, modul în care stucturile sunt așezate într-un design- fapt ce poate fi exploatat pentru vindecare rapidă.
În organism, oasele cuprind goluri și pori, care contribuie la conferirea proprietăților biologice și mecanice ale oaselor, iar implanturile încearcă să imite structura aceasta poroasă, pentru a promova vindecarea și integrarea mai rapidă a implantului în organism.
Dr. Torres-Sanchez și echipa sa de cercetători au colaborat cu parteneri din industrie precum Alloyed Ltd și Core Specialists Ltd și au testat proprietățile mecanice ale TPMS și ale structurilor de tip trabecular. Aceștia au imprimat cuburi 3D, denumite “schele” (scaffolding) – folosind un material de natură biocompatibilă, precum titanul.
Aceștia au testat proprietățile mecanice ale schelelor, testându-le capacitatea de a răspunde la aplicarea unor forțe speciale, menite să reproducă sarcinile fiziologice pe care un organism le-ar suferi în mod obișnuit.
Proprietățile mecanice ale scheletelor au fost testate prin aplicarea unor forțe ce reproduc sarcinile fiziologice la care ar fi supuse implanturile în organism, pentru a afla dacă noile modele ar putea rezista la acestea și în ce moment ar ceda.
Mai mult, performanța acestor modele la nivel biologic a fost testată prin adăugarea de pre-osteoblaste. Pre-osteoblastele sunt precursorul osteoblastelor, celulele care vor construi oase, din interiorul schelelor. În teorie, acestea ar putea evolua în materie minerală, materia care formează osul.
Studiul este unul dintre foarte puținele din lume care evaluează modul în care topologia de proiectare influențează concomitent performanța biologică și mecanică.
Cercetătorii au descoperit că există o preferință celulară pentru unul din modelele studiate. Se pare că celulele preferă distribuția aleatorie a porozității, ca cea observată în schelee trabeculare, fiind identificate ca noul locus, când structura porilor nu este organizată. Mai mult, aceștia au reușit să ajusteze design-ul locului ales de celule în vederea accelerării formării materiei minerale.
Importanța studiului este nemărginită. Este de la sine înțeles că implanturile de succes sunt cele de lungă durată, care favorizează vindecarea, fără a întămpina dificultăti de genul slăbirii implantului sau infecțiile. Astfel, pacientul se poate întoarce mai repede la viața normală, fără a fi nevoie de îngrijire post-operatorie atât de vastă și de lungă durată.
“Noi, inginerii, putem contribui la acest lucru prin furnizarea de modele și “schele” care promovează vindecarea și ajută la accelerarea recuperării pacientului, inclusiv prin sprijinirea sănătății mintale, spune Dr Torres-Sanchez.
“Continuăm cercetările pentru a perfecționa modelele, astfel încât să putem găsi evoluții ulterioare ale acestor schele multifuncționale care să fie și mai atractive pentru celule” și care să favorizeze vindecarea și mai rapidă a pacientului.
Articol de Victoria Nănău
