IT202100001574A1 - Procedimento di trattamento della superficie di un impianto di titanio - Google Patents
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Description
DESCRIZIONE dell'invenzione industriale dal titolo: "Procedimento di trattamento della superficie di un impianto di titanio"
DESCRIZIONE
I materiali noti nel campo dell?implantologia dentale utilizzati per la riabilitazione dei mascellari edentuli sono progrediti molto in termini di osseointegrazione, a beneficio del tempo di guarigione e della percentuale di successo a lungo termine. Per assicurare questi alti standard clinici, qualunque materiale impiegato a fini biologici, tipicamente chiamato biomateriale, deve essere biocompatibile, ovvero non deve indurre morte cellulare, infiammazione cronica o altri danni alle funzioni cellulari e tissutali. A tale scopo, la selezione dei biomateriali deve essere fatta rispettando tre criteri fondamentali: assenza di citotossicit? e di degradazione, ed appropriatezza strutturale. Pertanto ogni aspetto di un impianto dentale dal design alla struttura del bulk deve essere adattato alle caratteristiche del tessuto da sostituire. Oltre ai suddetti requisiti legati alla composizione di massa, assume estrema rilevanza anche la biocompatibilit? delle superfici direttamente esposte al mezzo biologico. Per promuovere la migliore interazione e integrazione con i tessuti ? necessario consentire sia la migliore compatibilit? chimico-fisica all?interfaccia tessuto-impianto, sia la migliore compatibilit? in termini di caratteristiche fisiche da intendersi come rugosit? superficiale e texture. L?evoluzione degli studi in questo ambito ha portato alla definizione di comportamenti che sono influenzati da vere e proprie gerarchie strutturali.
La corretta realizzazione degli impianti necessita di tenere in conto la struttura dimensionale del tessuto che si estende per circa otto ordini di grandezza, a partire dalla scala molecolare dei recettori di adesione cellulare incorporati nella membrana cellulare (che interagiscono con le proteine o le superfici extracellulari) fino alle strutture superiori quali sono i tessuti che hanno dimensioni macroscopiche.
Pertanto un impianto deve essere pensato e progettato tenendo in conto sia l?aspetto microscopico, sia quello macroscopico. In particolare, gli impianti dentali in titanio hanno una triplice valenza strutturale che si coniuga su due livelli: livello microscopico (struttura chimica primaria legata alla tipologia di materiale e alla sua rugosit?), e livello macroscopico (legato alla texture ossia al design della superficie).
La struttura chimica primaria dei materiali alla scala della lunghezza dei legami pu? essere fortemente influenzata dalla scelta del materiale, cio? pu? essere basata su legami ionici, covalenti o metallici, dai quali si derivano effetti intramolecolari secondari come elettrostatico, legame H, van der Waals o interazioni idrofobiche. La compatibilit? di un materiale di impianto ? fortemente determinata dalla struttura chimica primaria poich? ad esempio propriet? come resistenza alla corrosione, forza, resistenza all?usura, flessibilit? o solubilit? in acqua derivano in larga misura dalla disposizione molecolare.
La struttura di massa (1-100 nm) dei materiali ? responsabile dell?interazione fra il tessuto e la superficie degli impianti e gioca un ruolo fondamentale nella rigenerazione. La struttura a livello micrometrico (> 1 micrometro) definisce un?altra variabile nella correlazione tra le influenze della scala di lunghezza sulle propriet? del materiale e l?effetto sui tessuti. Gli effetti sulla dimensione dei grani possono influenzare la forza, la duttilit? o la resistenza all?usura.
Sia i materiali sintetici, sia i sistemi biologici possiedono funzionalit? rilevanti su ampie scale di lunghezza, consentendo un?ampia gamma di adattabilit? nel caso di materiali biomedicali. Tipicamente le strutture di ordine superiore, cos? come la microstruttura dettano fortemente i processi cinetici e le risposte meccaniche. Nei primi materiali da impianto di tessuto duro sono state prese in considerazione per lo pi? le propriet? di massa di tali sistemi (ad esempio modulo di Young, tensione di trazione, resistenza alla fatica, rigidit?). Nel frattempo, la ricerca a livello mondiale in questo campo ha gettato le basi per una progettazione pi? avanzata di materiali per impianti, basata su una comprensione drasticamente migliorata dei materiali naturali e dell?interfaccia materiale-organismo biologico.
La domanda di materiali per impianti metallici ? caratterizzata da molti studi clinici. Si ricerca un?elevata resistenza meccanica per garantire una buona trasmissione del carico nel lungo periodo, nonch? una rigidit? meccanica prossima all?osso. La resistenza alla corrosione dei metalli nell?organismo vivente ? uno dei principali prerequisiti per evitare il deterioramento delle propriet? dei materiali a causa della degradazione. Inoltre, la biocompatibilit? deve essere garantita in modo da evitare qualsiasi danno del tessuto ospite che potrebbe essere causato dalla fuoriuscita di prodotti di corrosione o particelle abrasive.
Fino ad oggi i materiali per impianti a base di titanio pi? utilizzati in commercio sono stati il titanio puro e il Ti6Al4V. Tuttavia, c?? stata una preoccupazione per l?elevato modulo elastico di queste leghe rispetto all?osso (10-30 GPa). Il titanio commercialmente puro ? ancora selezionato per applicazioni in cui la resistenza alla corrosione ? di primaria importanza oltre alle sue propriet? meccaniche, elementi indispensabili nelle applicazioni dentali. Il comportamento meccanico e la stabilit? chimica nonch? la microstruttura della lega ?-? Ti6Al4V possono essere alterati mediante trattamento termico o lavorazione meccanica.
Una recente tendenza nella ricerca e nello sviluppo di leghe di titanio specifiche per applicazioni biomediche tiene conto delle preoccupazioni per gli effetti tossici della dissoluzione degli ioni di alluminio e vanadio nel tessuto ospite a seguito dell?usura dovuta a corrosione di Ti6Al4V. Recentemente, sono state sviluppate nuove composizioni di leghe di titanio, specificatamente destinate ad applicazioni biomedicali. Queste leghe ortopediche includono Ti6Al7Nb e Ti5Al2.5Fe, due leghe con propriet? simili a Ti6Al4V che sono state sviluppate in risposta a preoccupazioni relative al vanadio riguardo alla sua potenziale citotossicit? e reazioni avverse con il tessuto ospite.
Un obiettivo comune in questo campo ? quello di sviluppare leghe di ?-titanio monofase composte da elementi atossici e anallergici con eccellenti propriet? meccaniche e buona lavorabilit?. Un altro vantaggio ? che queste leghe di titanio in fase ? mostrano un modulo elastico intrinsecamente inferiore rispetto ai materiali in fase ?.
Un importante aspetto riguarda la frattura dei materiali metallici dell?impianto, ed in particolare la frattura da fatica ? considerata il problema cruciale tra i vari tipi di fratture. Le caratteristiche di fatica sono strettamente correlate con la microstruttura delle fasi metalliche e quindi anche con le lavorazioni ed i trattamenti termici impiegati. Pertanto le caratteristiche di fatica dei biomateriali strutturali metallici devono essere considerate sempre per microstrutture o parametri di lavorazione specifici.
Se la composizione chimica dei materiali costituisce un aspetto di rilevanza particolare per ottenere un alto grado di compatibilit? fra l?impianto e il tessuto ospite, altri fattori chiave determinanti sono correlati con la superficie, vera e propria interfaccia con l?ambiente biologico. I vari parametri della superficie che influenzano la risposta del tessuto ospite includono, oltre alla composizione chimica, bagnabilit?, rugosit?, carica elettrica, cristallinit? e mobilit?.
Vi ? poi un fattore di affinit? con il mezzo biologico che ? fortemente determinato dalla combinazione degli aspetti chimici delle superfici e di quelli morfologici delle stesse. Infatti i fenomeni superficiali sono principalmente guidati da una riduzione associata all?energia libera superficiale che ne determina una maggiore reattivit? chimica.
Nel contempo, a parit? di fattori chimici predisponenti, la componente morfologica pu? influenzare in modo netto la favorevole interazione con il mezzo biologico.
Con riguardo agli aspetti chimici, i materiali metallici utilizzati nelle applicazioni biomediche mostrano la capacit? di formare spontaneamente uno strato di ossido autoprotettivo stabile (il cosiddetto film passivo) sulla superficie nella reazione con aria o con gli ambienti pi? acquosi. Questo ? ad esempio il tipico comportamento del titanio e delle sue leghe che porta come risultato finale alla formazione superficiale di TiO2.
I film passivi hanno spessori di pochi nanometri che per? esplicano funzioni barriera altamente efficaci nei confronti dell?ambiente biologico. La qualit? protettiva di un film passivo ? cineticamente determinata dal trasferimento di ioni attraverso il film e dalla stabilit? chimica dello stesso rispetto all?ambiente biologico. Pertanto una serie di fattori quali la composizione chimica, la struttura, lo spessore e la presenza di difetti influenzano il trasporto ionico attraverso il film e la stabilit? del film in diversi ambienti.
? importante precisare che le reazioni di passivazione coinvolgono fasi elettrochimiche i cui schemi possono essere suddivisi in intervalli. Abbiamo l?intervallo attivo, che corrisponde ad una dissoluzione attiva (AD), un intervallo di transizione e un intervallo pre-passivo (PPT) e una regione in cui ? possibile osservare la formazione dello strato passivo (P).
Nella fase di transizione verso la formazione dello strato passivo si ha il progressivo ricoprimento di M(OH)x fino al raggiungimento del potenziale di passivazione, punto nel quale la superficie ? completamente ricoperta di adsorbati e la deprotonizzazione porta alla formazione del film di passivazione primaria costituito principalmente da specie MOx. Pertanto, note le condizioni operative alle quali il metallo e le sue leghe saranno esposti, risulta fondamentale operare una protezione della superficie con la duplice funzione di incrementare la durata nell?ambiente biologico (biostabilit?) e massimizzare la sua integrazione con i tessuti ospiti.
I fattori importanti dal punto di vista dell?ingegneria delle superfici includono l?impatto della chimica della superficie, la topografia a livello micro e nanometrico, effetti fisico-chimici e fattori biologici, come la differenziazione cellulare mediata biochimicamente, l?inevitabile colonizzazione batterica dell?impianto, le dimensioni biologiche e l?istologia delle strutture circostanti.
Tecniche di modifica della superficie adeguate non solo mantengono le caratteristiche massive dei materiali biomedici, ma migliorano anche le propriet? specifiche della superficie richieste dalle diverse applicazioni cliniche.
L?influenza della rugosit? superficiale sul tasso di osseointegrazione e sulla fissazione biomeccanica degli impianti di tessuto ? stata identificata come un fattore chiave. Principalmente, le topografie superficiali a livello micrometrico sono state segnalate come importanti e sono state sviluppate diverse tecniche di modifica delle superfici che operano a questa scala di lunghezza. In particolare, l?osservazione di una rapida e aumentata formazione del contatto osseo da parte di superfici irruvidite su scala micrometrica prodotta mediante sabbiatura e successiva mordenzatura acida ha stimolato notevoli attivit?.
Si ? cos? giunti alla conclusione che non solo gli impianti di titanio opportunamente trattati erano interamente bio-inerti o biocompatibili, ma anche che un loro adeguato condizionamento superficiale influenzava l?adsorbimento delle proteine, l?attivit? cellulare e la risposta dei tessuti, vale a dire tutti fattori basilari per ottenere un pi? alto livello di osseointegrazione. Inoltre, in vari lavori, ? stato dimostrato che le caratteristiche morfologiche a livello micrometrico controllano la velocit? e la qualit? della formazione di nuovo tessuto all?interfaccia.
Underlying mechanisms at bone-surface interface during regeneration. J Periodontal Res.
1997 Jan;32 (1 Pt2):166-71. doi: 10.1111/j.1600-0765.1997.tb01399.x) riportano dell?influenza della rugosit? superficiale sul titanio per influenzare la produzione di fattori locali coinvolti nella formazione dell?osso da parte degli osteoblasti, suggerendo che il completamento di fattori autocrini e paracrini prodotti dalle cellule all?interfaccia osso-impianto pu? essere diretto alterando la rugosit? della superficie dell?impianto.
Innumerevoli altre indagini hanno portato alla conclusione che una rugosit? ottimale per gli impianti di tessuto duro ? compresa tra 1 e 10 ?m MG Faga Biomaterials for dental implants: current and future trends Journal of Materials Science 50 (14), 4779-4812). Si ? concluso che questo campo di rugosit? mostra la capacit? di massimizzare l?interblocco tra l?osso mineralizzato e la superficie dell?impianto.
Per ottenere impianti osseointegrati, ? necessario che essi raggiungano la stabilit? primaria, ovvero il loro accoppiamento meccanico ottimale con il tessuto ospite. Non solo i requisiti geometrici e i fattori di distribuzione dello stress del tessuto ospite guidano le esigenze topografiche sulla superficie dell?impianto, ma anche la considerazione che l?osso si adatta al carico meccanico grazie agli osteociti che agiscono come meccanosensori.
Per soddisfare le richieste di una migliore formazione del contatto con l?osso, vengono impiegati vari metodi per creare e stabilire tali caratteristiche microstrutturali della superficie dell?impianto. Tali metodi includono la sabbiatura, l?incisione con acido, l?anodizzazione e la spruzzatura al plasma.
In particolare quindi, la presente invenzione si riferisce ad un procedimento di trattamento della superficie di impianti endo-ossei di titanio e sue leghe.
Come ? noto, queste superfici in titanio ?medical grade? sono preparate mediante procedimenti che tipicamente si articolano in tre-quattro fasi. La prima fase consiste solitamente in una sabbiatura che ha lo scopo di incidere la superficie dell?impianto sfruttando l?ablazione prodotta da particelle dure (tipicamente allumina, titanio o idrossiapatite). Esse vengono scagliate ad alta pressione contro le superfici al fine di renderle pi? levigate, rimuovere contaminanti superficiali e creare una macro rugosit? iniziale. La tipologia di rugosit? pu? essere modulata selezionando in modo opportuno la dimensione delle particelle.
A seguire, con la seconda fase si esegue un trattamento di irruvidimento vero e proprio mediante acidi (mordenzatura) fino al conseguimento della morfologia superficiale desiderata. Il trattamento con acidi pu? essere eseguito utilizzando diverse combinazioni che si sono consolidate sulla base dei dati acquisiti relativamente ai test di biocompatibilit? e di osseointegrazione, nonch? della grande mole di dati sulle correlazioni superficie-propriet? acquisiti negli anni. Il trattamento prevede una prima fase di mordenzatura con acido fluoridrico, seguita da un secondo attacco acido solforico-fosforico. Altri trattamenti si differenziano per la tipologia di acidi utilizzati. Spesso il colletto di impianti quali viti viene mascherato per prevenirne l?attacco. Questa differenziazione ? dovuta alla necessit? di preservare dall?attacco quella zona che, se avesse una micro-rugosit?, potrebbe promuovere la colonizzazione batterica una volta impiantata.
I campioni cos? trattati sono poi asciugati in stufa e puliti mediante una successione di trattamenti con solventi (terza fase). In alcuni casi si effettua un processo di trattamento superficiale con plasma freddo di Ar o Ar e O2 (quarta fase). Tale procedura, che pure consente di ottenere eccellenti risultati in termini di efficacia dei dispositivi in fase di impianto, riscontra diverse problematiche nella fase di preparazione che vanno dalla necessit? di smaltire considerevoli quantit? di acidi all?impossibilit? di realizzare elevate forniture mantenendo ottimali standard qualitativi.
I trattamenti superficiali pi? diffusi in commercio assicurano una rugosit? avente un valore di Sa nell?intervallo compreso tra 0,3 e 3 mm, che gli autori pi? precisi sogliono ulteriormente suddividere in rugosit? minima (0,5-1 mm) e moderata (1-2 mm), riservando la denominazione di ?massima? rugosit? a valori di Sa superiori a 2 mm e di superficie lisce a quelle con valori di Sa inferiori a 0,4 mm.
Scopo della presente invenzione ? dunque quello di fornire un procedimento di trattamento della superficie di impianti di titanio di dimensioni e geometrie variabili, che consenta di ottenere una rugosit? e una texture superficiali desiderate, nonch? un?ossidazione controllata della superficie.
Tale scopo viene raggiunto grazie ad un procedimento di trattamento di una superficie di un impianto di titanio o sue leghe, in particolare un impianto endo-osseo per cavit? orale od applicazioni ortopediche, comprendente le fasi successive di: - trattare detta superficie con radiazione laser proveniente da una sorgente laser fibra nano o femto, in modo tale per cui detta superficie ? ablata ed assume una texture prestabilita, e
- trattare detta superficie con plasma jet a pressione atmosferica, utilizzando un gas di processo contenente aria, in modo tale per cui su detta superficie si forma uno strato di ossido di titanio di spessore fino a 30 nm.
In forme preferite di attuazione dell?invenzione, il procedimento ? stato condotto su impianti di titanio ASTM F67 grado 4, in particolare viti endo-ossee aventi lunghezza da 5 a 60 mm, filetto con distanza intercrestale compresa tra 0,2 e 2,5 mm, e diametro da 1,8 a 8 mm.
Vantaggiosamente, la fase di trattamento con radiazione laser genera sulla superficie dell?impianto un pattern a reticolo di una pluralit? di pozzi emisferici. Preferibilmente, il suddetto pattern a reticolo ha una maglia di dimensioni comprese fra 15 e 50 ?m ed i suddetti pozzi emisferici hanno profondit? compresa fra 10 e 18 ?m e diametro compreso fra 10 e 50 ?m.
Il procedimento dell?invenzione consente di controllare in modo efficace sia la ?rugosit??, intendendo come tale l?insieme delle irregolarit? e discontinuit? nel profilo della superficie, sia il ?pattern?, vale a dire la regolare distribuzione geometrica di micro-cavit?, quali i suddetti pozzi emisferici.
Il procedimento dell?invenzione si ? rivelato altamente performante grazie alla combinazione delle tecnologie laser e plasma freddo atmosferico, consentendo di ottenere sia una micro-rugosit? controllata ed efficace in termini di osseointegrazione, sia una composizione chimico-fisica affine con l?ambiente biologico.
Il procedimento dell?invenzione consente con la sua prima fase di creare una texture sulla superficie dell?impianto dovuta alla radiazione laser emessa da una sorgente laser fibra nano o femto, vantaggiosamente di lunghezza focale 100 o 160 mm, frequenza compresa fra 50 e 130 kHz, e potenza compresa fra 5 e 50 W.
Un dispositivo laser utilizzabile ? ad esempio realizzato da GF Machining Solutions (Ginevra, Svizzera), e consente l?efficace messa a fuoco del fascio attraverso una movimentazione controllata su 5 assi.
La frequenza di ripetizione dell?impulso varia da singolo impulso a 130 kHz. L?energia del laser pulsato utilizzata, ? compresa nell?intervallo fra 1,4 mJ e 2,0 mJ e la velocit? di scansione del laser ? compresa fra 26 e 157 mm/s. Impostando in modo desiderato i parametri Sa, Sku, Smean, Sp, Sq, Ssk, Sv, Sz, Sdp Sdr, Sal, Str, ? possibile ottenere sulla superficie dell?impianto rugosit? e pattern che massimizzano l?accoppiamento meccanico ottimale tra quest?ultima superficie e l?osso mineralizzato.
La seconda fase del procedimento dell?invenzione prevede di creare uno strato di un ossido di titanio, in particolare TiO2, sulla superficie dell?impianto mediante una tecnologia plasma. Ad esempio, si pu? utilizzare una sorgente plasma ad arco (1000 W), operante ad una distanza compresa fra 7 e 12 mm dalla superficie dell?impianto, e frequenza fra 19 e 25 kHz.
La seconda fase ossidativa del procedimento dell?invenzione consente di rimuovere gli agenti inquinanti intrinsecamente presenti sulla superficie dell?impianto e residui dovuti ai processi di microfusione indotti durante la prima fase con laser.
In forme preferite di effettuazione del procedimento dell?invenzione, il gas di processo utilizzato nella seconda fase ? aria, o una miscela di aria/H2O, o una miscela di aria/H2O2, mentre lo strato di ossido prodotto sulla superficie dell?impianto ? tipicamente di TiO2, ed ha uno spessore compreso fra 7 e 20 nm.
Tale composizione chimica superficiale finale consente una pi? agevole interazione con l?ambiente biologico, incrementando le cinetiche di reazione fra quest?ultimo e la superficie dell?impianto, con il duplice risultato di incrementare la durata nell?ambiente biologico (biostabilit?) e massimizzare l?integrazione dell?impianto con i tessuti che lo ospitano.
Ulteriori vantaggi e caratteristiche della presente invenzione risulteranno evidenti dai seguenti esempi di attuazione forniti a titolo non limitativo con riferimento ai disegni annessi, in cui:
la figura 1 ? una serie di fotografie in scala via via ingrandita di una superficie trattata con laser secondo l?esempio 1,
la figura 2 ? una serie di fotografie in scala via via ingrandita di una superficie trattata con plasma secondo l?esempio 1,
la figura 3 ? una serie di fotografie in scala via via ingrandita di una superficie trattata con laser e plasma secondo l?esempio 1 e quindi utilizzata come substrato per crescita cellulare,
la figura 4 ? una serie di fotografie in scala via via ingrandita di una superficie trattata con laser secondo l?esempio 2,
la figura 5 ? una serie di fotografie in scala via via ingrandita di una superficie trattata con plasma secondo l?esempio 2,
la figura 6 ? una serie di fotografie in scala via via ingrandita di una superficie trattata con laser e plasma secondo l?esempio 2 e quindi utilizzata come substrato per crescita cellulare,
la figura 7 ? una serie di fotografie in scala via via ingrandita di una superficie trattata con laser secondo l?esempio 3,
la figura 8 ? una serie di fotografie in scala via via ingrandita di una superficie trattata con plasma secondo l?esempio 3, e
la figura 9 ? una serie di fotografie in scala via via ingrandita di una superficie trattata con laser e plasma secondo l?esempio 3 e quindi utilizzata come substrato per crescita cellulare.
ESEMPIO 1
Tre serie di impianti di titanio ASTM F67 grado 4 di dimensioni L (lunghezza) 10,00 mm, F (distanza intercrestale del filetto) 0,9 mm, D (diametro) 4 mm, sono dapprima state trattate superficialmente (fase 1) con laser fibra nano (30 W), obiettivo focale 160 mm, 4 ripetizioni, potenza 50%, frequenza 50 kHz, distanza punti 25 ?m, profondit? 18 ?m (fig.
1).
Le superfici ablate con laser sono state sottoposte ad un trattamento mediante plasma ad arco, operante a una distanza di 11 mm fra l?ugello e la superficie dell?impianto, potenza 665 W, frequenza 25 kHz usando come gas di processo aria per la serie 1, una miscela di aria/H2O per la serie 2 ed una miscela di aria/H2O2 per la serie 3 (fig. 2).
Le serie di impianti cos? trattati sono poi state utilizzate come substrato per crescita cellulare (fig. 3).
ESEMPIO 2
Tre serie di impianti in titanio ASTM F67 grado 4 di dimensioni L (lunghezza) 10,00 mm, F (distanza intercrestale del filetto) 0,9 mm, D (diametro) 4 mm, sono dapprima state trattate (fase 1) con laser fibra nano (30 W), obiettivo focale 160 mm, 4 ripetizioni, potenza 100%, frequenza 130 kHz, distanza punti 50 ?m, profondit? 18 ?m (fig. 4).
Le superfici ablate con laser sono state sottoposte ad un trattamento mediante plasma ad arco, operante a una distanza di 11 mm fra l?ugello e la superficie dell?impianto, potenza 665 W, frequenza 25 kHz, utilizzando come gas di processo aria per la serie 1, una miscela di aria/H2O per la serie 2 ed una miscela di aria/H2O2 per la serie 3 (fig. 5).
Le serie di impianti cos? trattati sono poi state utilizzate come substrato per crescita cellulare (fig. 6).
ESEMPIO 3
Tre serie di impianti in titanio ASTM F67 grado 4 di dimensioni L (lunghezza) 10,00 mm, F (distanza intercrestale del filetto) 0,9 mm, D (diametro) 3,5 mm, sono state dapprima trattate (fase 1) con laser fibra Nano (30 W), obiettivo focale 160 mm, 4 ripetizioni, potenza 100%, frequenza 130 kHz, distanza punti 50 ?m, profondit? 18 ?m (fig. 7).
Le superfici ablate con laser sono state sottoposte ad un trattamento mediante plasma ad arco, operante a una distanza di 11 mm fra l?ugello e la superficie dell?impianto, potenza 665 W, frequenza 25 kHz, utilizzando come gas di processo aria per la serie 1, una miscela di aria/H2O per la serie 2 ed una miscela di aria/H2O2 per la serie 3 (fig. 8).
Le serie di impianti cos? trattati sono poi state utilizzate come substrato per crescita cellulare (fig. 9).
ESEMPIO 4 (CONFRONTO)
Al fine di evidenziare i vantaggi apportati dal procedimento dell?invenzione, impianti di confronto sono stati trattati superficialmente in modo convenzionale, vale a dire con sabbiatura preliminare e successiva mordenzatura con acidi.
Le serie di impianti trattati in modo convenzionale sono poi state utilizzate come substrato per crescita cellulare e quindi sottopose a svariati test.
In dettaglio, gli impianti degli esempi sopra descritti sono stati sottoposti ad un test di adesione cellulare immediata che ? stata valutata tramite microscopia in fluorescenza mediante conteggio dei nuclei delle cellule adese su ogni campione. Sono stati effettuati 3 replicati tecnici per ogni esperimento. L?analisi statistica ? stata effettuata mediante ANOVA considerando un p-value <0,05.
Gli impianti degli esempi sopra descritti sono anche stati sottoposti ad un test di proliferazione cellulare (vitalit?), la quale ? stata valutata tramite saggio luminometrico della produzione di ATP che ? correlata con la numerosit? cellulare. Sono stati effettuati 3 replicati tecnici per ogni esperimento. L?analisi statistica ? stata effettuata mediante ANOVA considerando un p-value <0,05.
Ulteriormente, gli impianti degli esempi sopra descritti sono stati sottoposti ad un test di produzione di osteocalcina, il quale ha consentito di valutare le superfici con maggior produzione di osteocalcina rilasciata dalle cellule mantenute per 4 settimane in terreno di coltura osteoinduttivo, mediante dosatura con kit ELISA in terreni di starvazione raccolti secondo la metodologia descritta in (Int. J. Mol. Sci. 14 maggio 2018; 19(5). Pii: E1454. doi: 10.3390/ijms19051454), rispetto al controllo positivo. Sono stati effettuati 3 replicati tecnici per ogni esperimento. L?analisi statistica ? stata effettuata mediante ANOVA considerando un p-value <0,05.
Nello specifico, sono stati ottenuti i seguenti risultati.
Adesione cellulare
1) Gli impianti dell?esempio di confronto hanno mostrato adesione cellulare (precursori di osteoblasti) pari a 170 cellule/impianto.
2) Gli impianti della serie 3 dell?esempio 1 (miscela di aria/H2O2) hanno mostrato adesione cellulare pari a 280 cellule/impianto (precursori di osteoblasti) di molto superiore a quella degli impianti dell?esempio di confronto.
3) Gli impianti della serie 3 dell?esempio 2 (miscela di aria/H2O2) hanno mostrato adesione cellulare 240 cellule/impianto (precursori di osteoblasti), parimenti superiore a quella degli impianti dell?esempio di confronto.
Proliferazione cellulare
1) Gli impianti dell?esempio di confronto hanno mostrato livelli di proliferazione cellulare misurati con kit commerciali chemioluminescenti pari a 24.000 R.L.U.
2) Gli impianti della serie 3 dell?esempio 1 (miscela di aria/H2O2) hanno mostrato proliferazione cellulare pari a 31.000 R.L.U., di molto superiore a quella degli impianti dell?esempio di confronto.
3) Gli impianti della serie 3 dell?esempio 2 (miscela di aria/H2O2) hanno mostrato proliferazione cellulare pari a 30.000 R.L.U., di molto superiore a quella degli impianti dell?esempio di confronto. Produzione di osteocalcina
1) Gli impianti dell?esempio di confronto hanno mostrato dosaggi di osteocalcina pari a 90 pg/ml. 2) Gli impianti della serie 3 dell?esempio 1 (miscela di aria/H2O2) hanno mostrato dosaggi di osteocalcina pari a 115 pg/ml, superiori a quelli degli impianti dell?esempio di confronto.
3) Gli impianti della serie 3 dell?esempio 1 (miscela di aria/H2O2) hanno mostrato dosaggi di osteocalcina pari a 140 pg/ml, molto superiori a quelli degli impianti dell?esempio di confronto.
Naturalmente, fermo restando il principio dell?invenzione, i particolari di realizzazione e le forme di attuazione potranno ampiamente variare rispetto a quanto descritto a puro titolo esemplificativo, senza per questo uscire dall?ambito dell?invenzione come definito nelle rivendicazioni annesse.
Claims (11)
1. Procedimento di trattamento di una superficie di un impianto di titanio o sue leghe, comprendente le fasi successive di:
- trattare detta superficie con radiazione laser proveniente da una sorgente laser fibra nano o femto, in modo tale per cui detta superficie ? ablata ed assume una texture prestabilita, e
- trattare detta superficie con plasma jet a pressione atmosferica, utilizzando un gas di processo contenente aria, in modo tale per cui su detta superficie si forma uno strato di ossido di titanio di spessore fino a 30 nm.
2. Procedimento secondo la rivendicazione 1, in cui detta sorgente laser fibra ? di tipo nano ed ha una potenza compresa fra 5 e 50 W, preferibilmente 30 W.
3. Procedimento secondo la rivendicazione 1, in cui detta sorgente laser fibra ? di tipo femto ed ha una potenza compresa fra 5 e 50 W, preferibilmente 20 W.
4. Procedimento secondo una qualunque delle precedenti rivendicazioni, in cui detto gas di processo ? scelto dal gruppo consistente di aria, una miscela di aria/H2O ed una miscela di aria/H2O2.
5. Procedimento secondo una qualunque delle precedenti rivendicazioni, in cui detto impianto ? di titanio ASTM F67 grado 4 o sue leghe.
6. Procedimento secondo una qualunque delle precedenti rivendicazioni, in cui detta fase di trattamento con radiazione laser genera su detta superficie un pattern a reticolo di una pluralit? di pozzi preferibilmente emisferici.
7. Procedimento secondo la rivendicazione 6, in cui detto pattern a reticolo ha una maglia di dimensioni comprese fra 15 e 50 ?m e detti pozzi emisferici hanno profondit? compresa fra 10 e 18 ?m e diametro compreso fra 10 e 50 ?m.
8. Procedimento secondo una qualunque delle precedenti rivendicazioni, in cui detto ossido di titanio ? TiO2.
9. Procedimento secondo una qualunque delle precedenti rivendicazioni, in cui detto impianto ? una vite endo-ossea.
10. Procedimento secondo la rivendicazione 9, in cui detta vite endo-ossea ha lunghezza compresa fra 5 e 60 mm, filetto con distanza intercrestale compresa tra 0,2 e 2,5 mm, e diametro compreso fra 1,8 e 8 mm.
11. Procedimento secondo una qualunque delle precedenti rivendicazioni, in cui detto impianto ? un impianto endo-osseo, in particolare per cavit? orale od applicazioni ortopediche.
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