La rigenerazione ossea è un processo complesso e i metodi esistenti per favorirla, compresi i trapianti e le trasmissioni di fattori di crescita, devono affrontare limitazioni come i costi elevati. Ma recentemente è stato sviluppato un materiale piezoelettrico in grado di favorire la crescita del tessuto osseo.
Materiale piezoelettrico favorisce la rigenerazione ossea
Un gruppo di ricerca KAIST guidato dal Professor Seungbum Hong del Dipartimento di Scienza e Ingegneria dei Materiali (DMSE) ha sviluppato un’impalcatura biomimetica che genera segnali elettrici all’applicazione della pressione utilizzando la capacità osteogenica unica dell’idrossiapatite (HAp). L’HAp è un materiale basico di fosfato di calcio presente nelle ossa e nei denti. Questa sostanza minerale biocompatibile è nota anche per prevenire la carie e viene spesso utilizzata nel dentifricio.
Questa ricerca sulla rigenerazione ossea è stata condotta in collaborazione con un team guidato dal Professor Jangho Kim del Dipartimento di Ingegneria dei Biosistemi di Convergenza dell’Università Nazionale di Chonnam. I risultati sono stati pubblicati sulla rivista ACS Applied Materials & Interfaces .
Precedenti studi sugli scaffold piezoelettrici hanno confermato gli effetti della piezoelettricità sulla promozione della rigenerazione ossea e sul miglioramento della fusione ossea in vari materiali a base polimerica, ma erano limitati nella simulazione del complesso ambiente cellulare richiesto per una rigenerazione ottimale del tessuto osseo.
Questa ricerca suggerisce tuttavia un nuovo metodo per utilizzare le capacità osteogeniche uniche dell’HAp per sviluppare un materiale che imiti l’ambiente del tessuto osseo in un corpo vivente.
Il gruppo di ricerca ha sviluppato un processo di produzione che fonde l’HAp con una pellicola polimerica. L’impalcatura flessibile e indipendente sviluppata attraverso questo processo ha dimostrato il suo notevole potenziale nel promuovere la rigenerazione ossea attraverso esperimenti in vitro e in vivo sui ratti.
Il team ha inoltre identificato i principi della rigenerazione ossea su cui si basa l’impalcatura. Utilizzando la microscopia a forza atomica (AFM), gli studiosi hanno analizzato le proprietà elettriche dello scaffold e valutato le proprietà superficiali dettagliate relative alla forma cellulare e alla formazione delle proteine scheletriche cellulari e hanno inoltre studiato gli effetti della piezoelettricità e delle proprietà superficiali sull’espressione dei fattori di crescita.
Il Professor Hong del DMSE di KAIST ha affermato: “Abbiamo sviluppato un materiale composito piezoelettrico a base di HAp che può agire come una ‘benda ossea’ grazie alla sua capacità di accelerare la rigenerazione ossea”.
Lo scienziato ha aggiunto: “Questa ricerca non solo suggerisce una nuova direzione per la progettazione di biomateriali, ma è anche significativa per aver esplorato gli effetti della piezoelettricità e delle proprietà superficiali sulla rigenerazione ossea“.
Sebbene la riparazione delle fratture ossee di solito ripristini l’organo scheletrico danneggiato al suo stato pre-lesione, circa il 10% delle fratture non guarirà normalmente. Infatti, in alcuni casi, il processo di rigenerazione potrebbe fallire in caso di resezioni ossee estese a causa di osteosarcoma, osteoporosi, osteomalacia, osteomielite, necrosi avascolare e pseudoartrosi atrofica.
In particolare, l’osteosarcoma e il sarcoma di Ewing sono i due tipi più comuni di tumore osseo diagnosticati nei soggetti giovani. Infatti, a differenza di altri tumori che colpiscono solitamente gli anziani, l’osteosarcoma e il sarcoma di Ewing vengono diagnosticati principalmente nei bambini/adolescenti e nei giovani adulti con una prevalenza rispettivamente del 56 e del 33%.
La rigenerazione delle fratture ossee, derivanti da traumi, osteoporosi o tumori, è un grosso problema nella nostra società che invecchia. La rigenerazione ossea è uno dei principali argomenti di interesse nella medicina rigenerativa. Negli ultimi anni le cellule staminali sono state impiegate nella medicina rigenerativa con risultati interessanti per la loro capacità di autorinnovamento e differenziazione.
Il processo di rigenerazione può migliorare in modo efficace e rapido quando vengono utilizzate le cellule staminali. A questo scopo, le cellule staminali vengono spesso utilizzate con biomateriali/impalcature e fattori di crescita per accelerare la guarigione ossea nel sito della frattura.
