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Impianti in PEEK contro impianti in metallo: Vantaggi e sfide

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Integrazione ossea con PEEK

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Materiali metallici tradizionali per impianti di tessuti duri

I materiali metallici tradizionali per impianti di tessuti duri, come l'acciaio inossidabile, il titanio e le loro leghe, sono ampiamente utilizzati nel campo della riparazione e della sostituzione dei tessuti duri grazie alle loro eccellenti proprietà, tra cui l'elevata resistenza meccanica, la buona biocompatibilità e la resistenza alla fatica. Tuttavia, il modulo elastico di questi materiali implantari metallici tradizionali è di gran lunga superiore a quello del tessuto osseo, rendendo difficile la formazione di un gradiente ragionevole di resistenza. Quando i pazienti subiscono forze esterne specifiche, gli organi normali circostanti possono essere danneggiati, portando al fallimento dell'impianto, che viene definito effetto "stress shielding".

Inoltre, gli impianti metallici possono rilasciare ioni metallici dannosi, causando la dissoluzione dell'osso o la formazione di allergeni. Inoltre, gli impianti metallici sono incompatibili con le tecnologie di imaging comunemente utilizzate, come la risonanza magnetica e la TAC, rendendo difficile il monitoraggio della crescita e della guarigione dell'osso. La struttura chimica del tecnopolimero termoplastico PEEK gli conferisce eccellenti proprietà meccaniche, buona biocompatibilità, resistenza chimica, facilità di lavorazione e capacità di essere ripetutamente sterilizzato. Dagli anni '80, il PEEK ha attirato una crescente attenzione da parte degli scienziati dei materiali e dei ricercatori ortopedici, mostrando un potenziale come sostituto dei materiali metallici nel campo della riparazione e della sostituzione dei tessuti duri.

Vantaggi del PEEK rispetto agli impianti metallici

Rispetto agli impianti metallici, il PEEK presenta due vantaggi significativi:

Modulo elastico: Il modulo elastico del PEEK è vicino a quello dell'osso corticale, in particolare il PEEK rinforzato con fibre di carbonio, che si avvicina maggiormente al modulo elastico dell'osso corticale. Questa vicinanza o corrispondenza del modulo elastico riduce o elimina in parte l'effetto di schermatura delle sollecitazioni, favorendo l'integrazione ossea tra l'impianto e il tessuto osseo e garantendo la stabilità a lungo termine dell'impianto in PEEK.

Compatibilità con le immagini: Il PEEK è radiotrasparente e non crea artefatti durante le scansioni a raggi X, TC o RM, facilitando il monitoraggio del processo di crescita e guarigione ossea. Inoltre, il PEEK ha una buona biocompatibilità, resistenza all'usura, resistenza alla fatica, resistenza alla corrosione ed è leggero rispetto ai materiali metallici. Questi vantaggi rendono il PEEK ampiamente utilizzato nelle applicazioni traumatologiche, vertebrali e articolari.

Rispetto all'acciaio inossidabile, alle leghe di titanio e agli impianti in polietilene ad altissimo peso molecolare, il PEEK e i suoi compositi presentano una buona resistenza all'usura, prevenendo efficacemente l'infiammazione e la dissoluzione ossea causata dalle particelle di usura intorno all'impianto. Pertanto, il polietere etere chetone è considerato uno dei materiali candidati a sostituire gli impianti tradizionali nelle applicazioni ortopediche.

Svantaggi del PEEK negli impianti ortopedici

Il PEEK ha un'energia superficiale relativamente bassa a causa della sua superficie idrofobica, che limita l'adesione cellulare. Questa bioinerzia si traduce in una scarsa integrazione ossea tra gli impianti in PEEK e il tessuto osseo dell'ospite, con conseguenti complicazioni come lo spostamento dell'impianto, il cedimento della gabbia o la pseudoartrosi, che hanno causato risultati insoddisfacenti sia negli studi in vitro che in quelli clinici.

Una superficie ideale di PEEK dovrebbe supportare l'adesione cellulare, la proliferazione, la differenziazione degli osteoblasti e promuovere la mineralizzazione della superficie dell'impianto in PEEK per ottenere una fusione ossea sostanziale.

Per creare una superficie ideale in PEEK, i ricercatori hanno sviluppato una serie di PEEK e di suoi compositi attraverso metodi quali il riempimento con ceramica bioattiva, il rinforzo con fibre e la modifica della porosità del PEEK. L'obiettivo finale è quello di creare un materiale implantare che mantenga la funzione di vascolarizzazione e trasporto dei nutrienti, fornendo al contempo una sufficiente resistenza meccanica e all'usura. Tuttavia, il bilanciamento di tutti questi fattori rimane una sfida nella ricerca attuale.