Una pellicola biomimetica versatile per rivestire gli impianti ossei
Nel campo dell’ortopedia e della chirurgia maxillo-facciale, gli innesti ossei sintetici sono emersi come soluzione alternativa nella sostituzione dell’anca, nella chirurgia ricostruttiva del viso o della mascella e in seguito al curettage dei tumori. Oltre alle proprietà meccaniche, gli innesti sintetici dimostrano attualmente una capacità osteoconduttiva: vengono incorporate nel loro design molecole come i fattori di crescita che innescano la rigenerazione ossea dopo l’intervento chirurgico. Tuttavia, gli innesti non riescono a controllare la fornitura di queste molecole bioattive, causando infiammazione, infezione, guarigione ossea anomala, o sono strutturalmente insufficienti per correggere difetti di grandi dimensioni.
Una pellicola biomimetica con proprietà di rigenerazione ossea
Idealmente, gli innesti sintetici dovrebbero essere progettati per simulare l’ambiente osseo in vivo, consentendo il rilascio spaziale e temporale delle molecole bioattive a dosi fisiologiche. Per raggiungere questo obiettivo, il progetto REGENERBONE, finanziato dall’UE, ha lavorato a impianti medici innovativi con proprietà osteoinduttive. Il progetto si è basato su una tecnologia sviluppata nel corso del progetto BIOMIM che consiste in pellicole biomimetiche che possono essere depositate su qualunque materiale. Costruite utilizzando una tecnica di montaggio strato per strato, le pellicole biomimetiche contengono due biopolimeri molto diffusi nella cartilagine e nei tessuti ossei: l’acido ialuronico e un polimero di lisina. Inoltre, contengono la proteina morfogenetica dell’osso 2 (BMP-2) responsabile dell’attivazione delle cellule progenitrici ossee e della loro differenziazione in cellule ossee. La BMP-2 ha già ricevuto l’approvazione per la riparazione ossea in clinica. «Controllando le condizioni per il caricamento di BMP-2 nelle pellicole, possiamo controllare in modo preciso la dose di BMP-2 che forniamo in vivo», sottolinea la ricercatrice principale Catherine Picart. Inoltre, le pellicole biomimetiche hanno una porosità su nanoscala che le dota di rigidità controllata e consente di perfezionare il rilascio di BMP-2 vicino alla superficie di impianto. Le pellicole biomimetiche possono essere depositate praticamente su qualunque materiale impiantabile, indipendentemente da composizione chimica, geometria, forma e dimensioni, comprese le ceramiche, i polimeri e i metalli. «Si tratta di un grande vantaggio, in quanto rende le nostre pellicole adatte a tutti i tipi di impianti sintetici attualmente utilizzati nelle strategie di sostituzione ossea», sottolinea Picart.
Efficacia di rigenerazione ossea
Gli impianti rivestiti di pellicola testati in modelli preclinici hanno dimostrato una capacità osteoinduttiva in vivo. Inoltre, gli scienziati hanno utilizzato cilindri polimerici cavi rivestiti delle pellicole osteoinduttive per riparare un difetto osseo di dimensioni critiche in femori di ratto. La portata della riparazione era dipendente dalla dose di BMP-2 e il tessuto di nuova formazione somigliava alla fisiologia dell’osso autologo. Gli scienziati di REGENERBONE sono stati anche in grado di riparare difetti della mandibola in un modello di grande animale. Questo tipo di difetto ha dimensioni simili a quelli che i chirurghi devono riparare in clinica. A questo scopo, essi hanno ingegnerizzato un impianto innovativo per colmare il difetto dell’osso. Il rivestimento con la pellicola biomimetica ha comportato una riparazione ossea efficiente in modo dipendente da BMP-2 senza effetti indesiderati.
Direzioni future
In generale, i risultati promettenti hanno spinto gli scienziati di REGENERBONE a ottenere l’approvazione normativa per effettuare test dei prodotti biomimetici in sperimentazioni sull’uomo. Queste si svolgeranno in collaborazione con il Clinical Investigation Centre for Innovation Technology Network CIC-IT di Bordeaux, specializzato nella traslazione di dispositivi medici innovativi. Soprattutto, la versatilità della tecnologia consentirà la costruzione di impianti personalizzati adattati alle necessità di ciascun particolare difetto osseo. L’uso di pellicole biomimetiche va oltre gli impianti ossei, e può essere impiegato per rivestire micropiastre di coltura cellulare per lo studio della segnalazione cellulare e del controllo della differenziazione delle cellule staminali. Questa applicazione è stata esplorata nel corso del progetto BIOACTIVECOATINGS, finanziato dal Consiglio europeo della ricerca (CER) dell’UE, e può essere impiegata per scopi legati allo screening farmacologico, all’ingegneria tessutale e alla tossicologia.
Parole chiave
REGENERBONE, biomimetico, BMP-2, difetto osseo, impianto sintetico, impianto osseo, osteoinduttivo, rigenerazione ossea, BIOMI, BIOACTIVECOATINGS