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Osso, guarisci te stesso: verso la ceramica su misura per l’autoriparazione ottimizzata dell’osso

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Trasformazione di un sale di ioni calcio ed esteri fosfato in idrossiapatite mediata dalla fosfatasi alcalina (ALP). Credito: Dipartimento di Biomateriali Inorganici, TMDU

La tua possibilità di rompere un osso entro il prossimo anno è quasi del 4%. Se sei abbastanza sfortunato da aver bisogno di una sostituzione ossea, probabilmente sarà basata su una parte metallica. Sfortunatamente, le parti metalliche a volte sono tossiche nel tempo e non aiutano la tua osso originale a ricrescere. Le ceramiche di fosfato di calcio, sostituti del minerale osseo idrossiapatite, sono in linea di principio un’alternativa ideale ai metalli convenzionali perché l’osso può eventualmente sostituire la ceramica e ricrescere. Tuttavia, le applicazioni di tali ceramiche in ambito medico sono state limitate da un controllo insufficiente sulla velocità di assorbimento e sostituzione da parte dell’osso dopo l’impianto.

Ora, in uno studio recentemente pubblicato su Scienza e tecnologia dei materiali avanzati, i ricercatori di TMDU e i partner di collaborazione hanno studiato l’effetto della lunghezza della catena di carbonio di una ceramica di estere fosfato contenente ioni calcio sulla velocità della sua trasformazione in idrossiapatite mediata dalla fosfatasi alcalina che si presenta nelle nostre ossa. Questo lavoro aiuterà a spostare la ricerca sulla rigenerazione ossea dai laboratori all’uso medico.

“I professionisti medici hanno cercato a lungo un mezzo per curare le fratture ossee senza utilizzare dispositivi medici impiantati, ma la scienza alla base che può trasformare questo sogno in realtà non è ancora completamente elaborata”, spiega l’autore principale Taishi Yokoi. “La nostra attenta analisi dell’effetto della lunghezza della catena alchilica dell’estere della ceramica sulla formazione di idrossiapatite, in un fluido corporeo simulato, può aiutare a sviluppare un nuovo biomateriale sostitutivo dell’osso”.

I ricercatori riportano due risultati principali. In primo luogo, la maggior parte delle ceramiche studiate ha subito trasformazioni chimiche in particolato o idrossiapatite fibrosa entro pochi giorni. In secondo luogo, i gruppi alchilici più piccoli hanno facilitato reazioni chimiche più rapide rispetto ai gruppi alchilici più grandi. Poiché la fase limitante la formazione dell’idrossiapatite è la dissoluzione della ceramica, la maggiore solubilità impartita da gruppi alchilici più piccoli ha accelerato la produzione di idrossiapatite. Tale conoscenza fornisce un mezzo per adattare la velocità di ricrescita ossea.

“Ora abbiamo conoscenze chimiche specifiche su come adattare il tasso di crescita dell’idrossiapatite dalle ceramiche di fosfato di calcio”, afferma Yokoi. “Ci aspettiamo che questa conoscenza sarà utile per i ricercatori di banco e i medici per collaborare in modo più efficace alla personalizzazione dei tassi di riformazione ossea in condizioni clinicamente rilevanti”.

I risultati di questo studio sono importanti per la guarigione delle fratture ossee dopo l’intervento chirurgico. Utilizzando le conoscenze chimiche per ottimizzare il tasso di riformazione ossea dopo l’impianto di ceramiche di fosfato di calcio, i risultati dei pazienti miglioreranno e i ritorni in ospedale anni dopo per ulteriori riparazioni saranno ridotti al minimo.


Fornito dalla Tokyo Medical and Dental University

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