I biomateriali sono i nostri pezzi di ricambio

I biomateriali sono stati definiti ufficialmente come “materiali concepiti per interfacciarsi con i sistemi biologici al fine di valutare, dare supporto o sostituire un qualsiasi tessuto, organo o funzione del corpo”. In altre parole, un biomateriale è una sostanza che viene utilizzata per creare dispositivi e impianti biomedici che compiano determinate funzioni nell’organismo.

Grazie agli sviluppi tecnologici e scientifici nel campo, oggi siamo alla terza generazione di biomateriali. La prima generazione è costituita dai materiali bioinerti, composti che si adeguano ai tessuti senza liberare sostanze tossiche; della seconda generazione fanno invece parte i biomateriali bioattivi, ovvero molecole che interagiscono chimicamente con i tessuti riassorbendosi in modo controllato e che il tessuto ospitante poi sostituisce. Infine, la terza generazione è composta dai biomateriali che supportano e stimolano la ricrescita dei tessuti a cui segue la degradazione da parte dell’organismo.

Biomateriale pioniere della prima generazione, quella dei polimeri, è il plexiglass, il cui nome chimico è polimetilmetacrilato, una materia plastica formata dai polimeri dell’estere metilico dell’acido metacrilico. Il primo a utilizzarlo come biomateriale fu, nel 1949, l’oculista inglese Harold Ridley, che lo impiegò come lente intraoculare.

Metilmetacrilato, unità base del Plexiglass

Durante la Seconda Guerra Mondiale il Plexiglass, che allora si chiamava Perspex, era il materiale con cui venivano costruiti i cupolini degli aerei militari.  Nell’ospedale in cui lavorava, Ridley ebbe l’occasione di osservare un aviere ferito da schegge di Perspex negli occhi, che però sembravano tollerare bene quel materiale, non presentando infiammazione dei tessuti. Da quel momento il Plexiglass fu utilizzato nelle operazioni di cura della cataratta.

Dopo alcuni decenni, lo scienziato americano Larry Hench, esperto di materiali ceramici, diede inizio alla seconda generazione di biomateriali con il cosiddetto Bioglass. Il grande numero di soldati mutilati degli arti nella Guerra del Vietnam, lo portò a studiare le ossa. Scoprendo che le ossa sono formate per due terzi da un minerale di calcio e fosforo, l’idrossiapatite, mise a punto il Bioglass, un materiale fondamentale per biodispositivi destinati alla rigenerazione ossea in quanto i fosfati di calcio dell’idrossiapatite presentano un’ottima compatibilità con l’osso e vengono rimodellati dall’organismo quando vengono impiegati nei casi di difetti ossei.

Idrossiapatite biomedica per tessuti connettivi duri. Fonte: istec.cnr.it

Un altro biomateriale della seconda generazione molto compatibile con l’osso è il titanio che ha rivoluzionato l’utilizzo di materiali sia in ortopedia sia in odontoiatria grazie agli studi condotti nel 1952 dal ricercatore svedese Per-Ingvar Bränemark, che portarono ai primi impianti dentali a base di titanio nel 1965. La peculiarità del titanio è che favorisce la crescita dell’osso essendo direttamente a contatto con il metallo il quale, per evitarne la corrosione viene ricoperto di un sottile strato di ossido. Il metallo aderisce e si cementa all’osso e senza produrre infiammazione.

Infine, la terza generazione di biomateriali, quelli di origine biologica, ovvero i materiali che non hanno più solo una funzione riparatrice, bensì che possono sostituire e rigenerare i tessuti. Un esempio è l’acido ialuronico, oggi al centro delle ricerche di ingegneria tessutale. L’acido ialuronico chimicamente è il glicosamminoglicano ed è uno dei componenti principali dei tessuti connettivi dei mammiferi, uomo compreso, in quanto conferisce alla pelle resistenza e mantenimento della forma. È un efficiente lubrificante del liquido sinoviale e infatti viene impiegato anche per prevenire il danneggiamento delle cellule del tessuto a causa di stress fisici.

Ma naturalmente la ricerca scientifica anche nel campo dei biomateriali non si ferma: Negli Stati Uniti si stanno già studiando occhi che possono percepire l’infrarosso e orecchie che sono in grado di udire quelle frequenze non percettibili all’uomo.

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