Con oltre la metà di tutti gli impianti biomedici commerciali contenenti metallo, un nuovo studio condotto da ricercatori della Washington State University, della Mayo Clinic e dello Stanford University Medical Center ha dimostrato il valore dell’utilizzo della stampa 3D per identificare nuove leghe che migliorano i metalli già in uso chirurgico per decenni.

Nuove proprietà delle leghe metalliche

Come riportato in Materials Today [Mitra et al. Mater. Oggi (2020)], la stampa 3D è stata utilizzata per valutare una gamma di nuove e più efficaci leghe negli impianti. Queste si impiegano principalmente in applicazioni ortopediche,  dentali, per la gestione delle fratture, spinali e cardiovascolari. Sono tre le leghe attualmente utilizzate negli impianti biomedicali: acciaio inossidabile, titanio e cromo-cobalto. Lo sviluppo di queste leghe è dovuto alla loro forza, fatica, resistenza alla corrosione e non per le loro prestazioni biologiche. 3D

Un problema comune con gli impianti metallici è l’ipersensibilità agli ioni metallici e la mancanza di un’interazione favorevole con i materiali dei tessuti per una guarigione più rapida. Sono stati utilizzati diversi rivestimenti per migliorare le proprietà superficiali degli impianti, che hanno funzionato in una certa misura. Ma è comune la mancanza di un forte legame  con il metallo di base, che ha portato a molti danni interfacciali, portando a interventi di revisione. Ciò ha spinto il team multidisciplinare a esplorare il modo migliore per progettare nuove leghe specificamente per migliorare la loro biocompatibilità (ovvero le prestazioni biologiche).

Il loro approccio diretto basato sulla tecnologia di stampa 3D potrebbe essere un punto di svolta, poiché consente di realizzare parti con forme complesse, design flessibile e possibilità di personalizzazione. Ciò potrebbe anche ridurre i tempi di guarigione e aumentare la durata degli impianti. Come ha dichiarato a Materials Today il leader del team Amit Bandyopadhyay

“le nuove leghe possono essere progettate e implementate senza lunghi tempi di consegna. E il loro impiego riguarderà aree critiche come i dispositivi spinali, i dispositivi dentali e cranio-maxillo-facciali, nonché altre applicazioni portanti”.

La svolta con il Tantalio

Gli impianti esistenti rivestiti con tantalio dimostrano che il metallo ha un’eccellente biocompatibilità, con applicazioni come rivestimento per migliorare le interazioni tessuto-materiali. Poiché il tantalio ha una densità molto elevata e un punto di fusione molto alto ed è molto più costoso del titanio, si è aggiunto il tantalio al titanio tramite la stampa 3D. Sebbene la lavorazione del tantalio sia una sfida importante, una lega di titanio-tantalio può essere lavorata in modo efficiente mantenendo una densità simile. I test hanno mostrato che una lega al 90% di titanio e al 10% di tantalio mostrava prestazioni biologiche simili a quelle del 100% di tantalio, indicando che solo una piccola frazione di tantalio sarebbe sufficiente.

Il team sta ora esaminando potenziali nuove leghe per aiutare a fermare le infezioni sulle superfici degli impianti. In tal modo si spera di ridurre al minimo molti dolorosi interventi chirurgici di revisione, in particolare per i pazienti con disturbi ossei.

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