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Materiali bioattivi

1969
  • Larry L. Hench
Campioni di biovetro in un laboratorio per la ricerca sui biomateriali.

(generate image for illustration only)

I materiali bioattivi sono una classe di biomateriali progettati per suscitare una risposta biologica specifica e positiva all'interfaccia materiale-tessuto, con conseguente formazione di un legame tra i due. A differenza dei materiali bioinerti che mirano a un'interazione minima, i materiali bioattivi partecipano attivamente ai processi di guarigione. Un esempio classico è il Bioglass, che forma uno strato di idrossiapatite sulla sua superficie, legandosi direttamente all'osso.

Il concetto di bioattività è stato introdotto da Larry Hench nel 1969 con l'invenzione di Bioglass® 45S5, una composizione specifica di 45% in peso di SiO2, 24,5% di CaO, 24,5% di Na2O e 6% di P2O5. Il meccanismo di legame osseo coinvolge una sequenza di cinque reazioni chimiche superficiali. Quando esposto a fluidi corporei, (1) si verifica un rapido scambio ionico di Na+ dal vetro con H+ dalla soluzione, creando uno strato ricco di silice. (2) Questo aumenta il pH locale, che causa (3) la rottura della rete vetrosa, rilasciando acido silicico (Si(OH)4) e formando silanoli (Si-OH) in superficie. (4) Un'elevata concentrazione locale di ioni calcio e fosfato, sia dal vetro che dal fluido circostante, porta alla formazione di uno strato amorfo di calcio-fosfato. (5) Questo strato cristallizza in idrossicarbonato apatite (HCA), chimicamente e strutturalmente simile alla fase minerale dell'osso. Questo strato di HCA fornisce un'impalcatura bioattiva che consente agli osteoblasti di colonizzare, differenziare e depositare nuova matrice ossea, creando un legame forte, diretto e continuo con l'osso ospite. Questo processo, noto come osteointegrazione, è fondamentale per la stabilità a lungo termine degli impianti. Inoltre, è stato dimostrato che i prodotti di dissoluzione, in particolare l'acido silicico, stimolano i geni all'interno delle cellule osteoprogenitrici, regolando positivamente la produzione di fattori di crescita. Ciò rende il materiale non solo osteoconduttivo (un'impalcatura per la crescita ossea), ma anche osteoinduttivo (stimolando attivamente la formazione di nuovo osso).

UNESCO Nomenclature: 3201
– Medical sciences

Tipo

Processo chimico

Interruzione

Rivoluzionario

Utilizzo

Uso diffuso

Precursori

  • sviluppo della scienza e della produzione del vetro
  • comprensione della composizione ossea e del ruolo dell'idrossiapatite
  • utilizzo precoce di ceramiche inerti come l'allumina in ortopedia
  • progressi nelle tecniche di analisi delle superfici per studiare l'interfaccia materiale-tessuto

Applicazioni

  • innesti ossei e riempitivi vuoti in chirurgia ortopedica e dentale
  • rivestimenti su impianti metallici (ad esempio, steli dell'anca) per promuovere l'osteointegrazione
  • impalcature per l'ingegneria dei tessuti ossei
  • componenti nei dentifrici bioattivi per la remineralizzazione dello smalto
  • medicazioni cicatrizzanti che stimolano la riparazione dei tessuti

Brevetti:

  • US3929971A

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Contesto storico

Materiali bioattivi

1960
1960
1969
1976-05-28
1980
1990
1960
1965
1970
1980
1980

(se la data non è nota o non è rilevante, ad esempio "meccanica dei fluidi", viene fornita una stima approssimativa della sua notevole comparsa)

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