La microtomografia tridimensionale è una forma miniaturizzata della tomografia assiale computerizzata utilizzata negli ospedali, meglio nota come TAC. Qualsiasi microscopio convenzionale ottico od elettronico consente di visualizzare solo immagini bidimensionali di un modello di superficie o fette sottili. Ma nella maggior parte dei casi non si può dare una informazione in merito alle strutture originali tridimensionali del campione analizzato sulla base di informazioni bidimensionale. Si potrebbero interpolare le informazioni bidimensionali in un modello con struttura tridimensionale ma questo metodo non è molto affidabile in quanto la struttura stessa dell’oggetto può essere modificata durante la preparazione tecnica del campione. La tecnica microtomografica invece è una metodica non distruttiva per la riproduzione reale di immagini 3D che permette di studiare i campioni in condizioni il più possibile "naturali" senza particolari preparazioni e/o trattamenti chimici e in modo non invasivo, ottenendo non solo la tridimensionalità dell'informazione ma anche la visualizzazione della microstruttura interna dell’oggetto analizzato con la possibilità di effettuare opportune misurazioni e di fornire informazioni di tipo morfologico. L'utilizzo della microtomografia tridimensionale computerizzata consente di acquisire informazioni più complete sulle strutture, sia superficiali sia interne, di biomateriali e di tessuti. Parallelamente nel mondo della ricerca si è sviluppato un settore innovativo nel campo dei biomateriali che è quello rivolto alla ingegneria dei tessuti. Si tratta di una disciplina che ha come obiettivo quello di ricostruire i tessuti biologici coltivando le cellule del paziente su supporti artificiali chiamati scaffold. Gli scaffold sono costituiti da biomateriali che devono consentire la proliferazione cellulare sia in vitro, sia in vivo. Una volta impiantati gli scaffold possono essere riassorbiti mediante processi metabolici, oppure rimanere in loco e continuare a fornire un supporto meccanico. Queste possibilità aprono nuovi scenari per la sostituzione di tessuti biologici e non e costituiscono le fondamenta della medicina rigenerativa, sia in campo ortopedico che odontoiatrico. In questi settori si usano spesso anche metalli come sostituti ossei perché generalmente sono richieste elevate proprietà meccaniche, si usano polimeri quando è richiesta una spiccata lavorabilità associata ad un’ampia variabilità di proprietà meccaniche, si usano materiali ceramici per applicazioni particolari. Non si trascuri inoltre l'uso di materiali compositi e di materiali di origine biologica, questi ultimi opportunamente trattati per eliminare la componente cellulare. In questo dottorato di ricerca è stato messo a punto lo studio che riguarda la caratterizzazione morfologica di scaffold di osso umano ed animale insieme con nuovi prototipi di scaffold in HA sviluppati nell’ambito di un progetto PRIN. Dall’analisi microtomografica, infatti, è possibile ricavare informazioni circa la porosità, le misure di superficie e 3D, come la dimensione dei pori, il volume dell’osso, la distribuzione e lo spessore delle trabecole del campione analizzato: dati essenziali, questi, per il successo dell’innesto, essendo strettamente legati alla ricrescita ossea. I campioni analizzati sono dei supporti innovativi di varie tipologie di materiali, dalla ben nota idrossiapatite, al titanio, ai tessuti ossei di origine biologica e sintetica assemblati in diversi formati. La ricerca proposta non sarà tesa a definire il materiale con le migliori caratteristiche o che permette di ottenere prestazioni migliori dopo un innesto, né tanto meno ci si pone nella situazione di voler eseguire un confronto, ma intende fornire un aiuto per stabilire dei criteri di individuazione delle caratteristiche principali dei materiali e quali eventualmente ricercare a seconda delle situazioni e/o problematiche patologiche da risolvere ed allo stesso tempo dare un contributo ad una migliore caratterizzazione microstrutturale di tali oggetti e principalmente al loro più adeguato utilizzo.

Pecci, R. (2008). Caratterizzazione microtomografica di supporti per la ricrescita ossea.

Caratterizzazione microtomografica di supporti per la ricrescita ossea

2008-05-29

Abstract

La microtomografia tridimensionale è una forma miniaturizzata della tomografia assiale computerizzata utilizzata negli ospedali, meglio nota come TAC. Qualsiasi microscopio convenzionale ottico od elettronico consente di visualizzare solo immagini bidimensionali di un modello di superficie o fette sottili. Ma nella maggior parte dei casi non si può dare una informazione in merito alle strutture originali tridimensionali del campione analizzato sulla base di informazioni bidimensionale. Si potrebbero interpolare le informazioni bidimensionali in un modello con struttura tridimensionale ma questo metodo non è molto affidabile in quanto la struttura stessa dell’oggetto può essere modificata durante la preparazione tecnica del campione. La tecnica microtomografica invece è una metodica non distruttiva per la riproduzione reale di immagini 3D che permette di studiare i campioni in condizioni il più possibile "naturali" senza particolari preparazioni e/o trattamenti chimici e in modo non invasivo, ottenendo non solo la tridimensionalità dell'informazione ma anche la visualizzazione della microstruttura interna dell’oggetto analizzato con la possibilità di effettuare opportune misurazioni e di fornire informazioni di tipo morfologico. L'utilizzo della microtomografia tridimensionale computerizzata consente di acquisire informazioni più complete sulle strutture, sia superficiali sia interne, di biomateriali e di tessuti. Parallelamente nel mondo della ricerca si è sviluppato un settore innovativo nel campo dei biomateriali che è quello rivolto alla ingegneria dei tessuti. Si tratta di una disciplina che ha come obiettivo quello di ricostruire i tessuti biologici coltivando le cellule del paziente su supporti artificiali chiamati scaffold. Gli scaffold sono costituiti da biomateriali che devono consentire la proliferazione cellulare sia in vitro, sia in vivo. Una volta impiantati gli scaffold possono essere riassorbiti mediante processi metabolici, oppure rimanere in loco e continuare a fornire un supporto meccanico. Queste possibilità aprono nuovi scenari per la sostituzione di tessuti biologici e non e costituiscono le fondamenta della medicina rigenerativa, sia in campo ortopedico che odontoiatrico. In questi settori si usano spesso anche metalli come sostituti ossei perché generalmente sono richieste elevate proprietà meccaniche, si usano polimeri quando è richiesta una spiccata lavorabilità associata ad un’ampia variabilità di proprietà meccaniche, si usano materiali ceramici per applicazioni particolari. Non si trascuri inoltre l'uso di materiali compositi e di materiali di origine biologica, questi ultimi opportunamente trattati per eliminare la componente cellulare. In questo dottorato di ricerca è stato messo a punto lo studio che riguarda la caratterizzazione morfologica di scaffold di osso umano ed animale insieme con nuovi prototipi di scaffold in HA sviluppati nell’ambito di un progetto PRIN. Dall’analisi microtomografica, infatti, è possibile ricavare informazioni circa la porosità, le misure di superficie e 3D, come la dimensione dei pori, il volume dell’osso, la distribuzione e lo spessore delle trabecole del campione analizzato: dati essenziali, questi, per il successo dell’innesto, essendo strettamente legati alla ricrescita ossea. I campioni analizzati sono dei supporti innovativi di varie tipologie di materiali, dalla ben nota idrossiapatite, al titanio, ai tessuti ossei di origine biologica e sintetica assemblati in diversi formati. La ricerca proposta non sarà tesa a definire il materiale con le migliori caratteristiche o che permette di ottenere prestazioni migliori dopo un innesto, né tanto meno ci si pone nella situazione di voler eseguire un confronto, ma intende fornire un aiuto per stabilire dei criteri di individuazione delle caratteristiche principali dei materiali e quali eventualmente ricercare a seconda delle situazioni e/o problematiche patologiche da risolvere ed allo stesso tempo dare un contributo ad una migliore caratterizzazione microstrutturale di tali oggetti e principalmente al loro più adeguato utilizzo.
29-mag-2008
A.A. 2007/2008
microtomografia
scaffold
ingegneria del tessuto osseo
biomateriali
it
Tesi di dottorato
Pecci, R. (2008). Caratterizzazione microtomografica di supporti per la ricrescita ossea.
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