La stampa 3D di scaffold ossei si avvicina all’uso clinico
L’osso umano è sorprendentemente complesso. È allo stesso tempo leggero, poroso e resistente, una combinazione che sfida da tempo ingegneri e medici impegnati a sostituirlo o ripararlo. Gli impianti metallici e gli innesti ossei rimangono le soluzioni standard, ma raramente si comportano come l’osso naturale una volta all’interno del corpo.
I ricercatori della UNSW Canberra stanno esplorando se la stampa 3D possa aiutare a colmare questo divario. Il loro lavoro si concentra su scaffold ossei biodegradabili, progettati per imitare meglio la struttura interna e la risposta meccanica dell’osso, piuttosto che limitarsi a riempire un difetto.
Lo studente di dottorato Kaushik Raj Pyla (al centro), con i supervisori Juan Pablo Escobedo-Diaz (a sinistra) e Paul Hazell (a destra). (Crediti foto: UNSW Canberra)
Oltre il design uniforme degli scaffold
Il team ha sviluppato scaffold stampati in 3D che replicano le caratteristiche chiave dell’osso naturale, incluse resistenza e porosità. Una volta impiantate, le strutture fungono da supporti temporanei, permettendo la formazione di nuovo tessuto prima di dissolversi gradualmente. In linea di principio, ciò potrebbe ridurre la necessità di ulteriori interventi chirurgici.
Gran parte della differenza risiede nel modo in cui gli scaffold vengono progettati. Invece di utilizzare pattern uniformi e ripetitivi, i ricercatori si sono rivolti a strutture reticolari stocastiche. Queste architetture irregolari somigliano più da vicino all’osso, la cui densità varia a seconda della posizione e della funzione. Gli scaffold sono stati stampati in acido polilattico (PLA), un polimero biodegradabile già ampiamente studiato nelle applicazioni mediche.
Una struttura reticolare stocastica stampata in 3D progettata per imitare l’architettura interna dell’osso naturale. (Crediti foto: Kaushik Raj Pyla)
Testare la resistenza in condizioni reali
Per valutare le prestazioni, il team ha stampato scaffold con diverse direzioni di gradazione interna, inclusi layout longitudinali, trasversali e diagonali. I test meccanici hanno dimostrato che le strutture resistono meglio agli impatti improvvisi rispetto a un carico lento e costante. Anche il comportamento alla frattura è cambiato a seconda dell’orientamento, suggerendo che l’architettura interna giochi un ruolo più importante di quanto precedentemente ipotizzato.
“Sotto carichi veloci, il materiale si comporta in modo più fragile, ma assorbe anche l’energia in modo più efficiente. Questo è particolarmente importante per scenari reali come cadute o incidenti“, ha dichiarato Kaushik Raj Pyla, autore principale dello studio.
Perché il flusso dei fluidi è fondamentale per la guarigione
La resistenza meccanica, tuttavia, è solo una parte dell’equazione. I ricercatori hanno anche esaminato come i fluidi si muovono attraverso gli scaffold, un fattore critico per la guarigione. Il sangue e le sostanze nutritive devono essere in grado di circolare liberamente per sostenere la crescita e la rigenerazione cellulare.
“Abbiamo scoperto che alcuni design si comportano particolarmente bene sia in termini di resistenza che di flusso dei fluidi. Ciò suggerisce che gli impianti possono essere personalizzati a seconda delle sollecitazioni a cui sono sottoposte le diverse ossa“, ha aggiunto Pyla.
Gli scaffold non sono ancora pronti per l’uso clinico e saranno necessari ulteriori test biologici e iter normativi. Tuttavia, i risultati puntano verso approcci più personalizzati per la riparazione ossea. Con l’avanzamento della produzione additiva medica, studi come questo sottolineano come le scelte di design possano essere importanti tanto quanto la selezione del materiale.
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*Crediti foto di copertina: UNSW Canberra
