ITMI20100029A1 - Struttura portante per la ricostruzione ossea. - Google Patents

Description

"STRUTTURA PORTANTE PER LA RICOSTRUZIONE OSSEA"

D E S C R I Z I O N E

Il presente trovato ha come oggetto una struttura portante per la ricostruzione ossea, particolarmente per interventi massivi di sostituzione di parti dello scheletro umano.

Oggi, sia che ci si trovi di fronte a una terribile malattia degenerativa che a un incidente con fratture esposte e perdita, più o meno grave, di osso, à ̈ possibile salvare qualsiasi parte dello scheletro coinvolta (spalla, gomito, polso, anca, femore, bacino, ginocchio, caviglia, piede) ricostruendo il segmento osseo mancante, ricorrendo all'applicazione di protesi speciali, dette protesi biologiche.

Le protesi biologiche sono costituite da intere articolazioni o porzioni ossee prelevate da un donatore cadavere e impiantate nel paziente.

Il trapianto osseo mediante impianto di protesi biologica costituisce una valida alternativa alla protesi meccanica, laddove la mancanza di osso di supporto rende impossibile l'uso di articolazioni artificiali.

Ci sono diverse tipologie di trapianto osseo: - piccoli trapianti morcellizzati , cioà ̈ ossa ridotte in piccoli frammenti e macinati, e usati come riempimento nel caso di revisioni protesiche, ossia dì sostituzioni di protesi che causano perdita di osso e spesso possono portare alla sostituzione dell'intera struttura (femore, parte del bacino);

- trapianti massivi strutturali frequenti in ambito oncologico per la sostituzione di intere articolazioni o segmenti ossei a seguito di resezioni di ampie dimensioni;

- trapianti freschi osteoarticolari ;

- trapianti legamentosi e del menisco.

Più dettagliatamente, la procedura di trapianto osseo da un donatore cadavere avviene nel seguente modo.

Dopo aver ottenuto l'autorizzazione si procede con l'espianto dal donatore cadavere di alcune parti dell'apparato scheletrico normalmente utilizzate per trapianti massivi.

Dal momento del prelievo a quello del trapianto sul paziente ricevente trascorre del tempo, necessario per svolgere alcuni accertamenti in merito ad eventuali inquinamenti batterici o virali nelle parti prelevate.

Per conservare il tessuto da trapiantare si ricorre al congelamento, che permette di uccidere le cellule responsabili del rigetto e di ridurre 1<1>immunogenicità dell'osso, e alla glicerolizzazione che assicura la vitalità dei condroci ti.

In pratica, si innesta solo la matrice inorganica del donatore, che sarà ripopolata naturalmente dalle cellule midollari del ricevente .

Quindi, nel trapianto di osso, nessuna cellula vitale dell'osso del donatore sopravvive nel ricevente. La matrice residua non vitale ha tuttavia una capacità di induzione della sintesi ossea che stimola gli osteoblasti dell'ospite a ricolonizzare la matrice e a depositare osso neoformato, servendo così come una sorta di impalcatura per colmare e stabilizzare le lesioni di continuità finché non viene sintetizzato nuovo osso .

L'osso estratto dal cadavere à ̈ fissato ai monconi del ricevente mediante piastre e/o viti in titanio o cromo cobalto.

Questo tipo di intervento richiede un elevato livello di precisione, sia nella fase di resezione nel donatore, sia nella fase di impianto all'interno del ricevente.

In particolare, Ã ̈ necessaria la massima precisione durante il prelievo della porzione d'osso dal donatore, in modo tale che detta porzione possa accoppiarsi perfettamente all'interno della sede creata nel ricevente, la quale deve essere preparata con altrettanta precisione .

Si intuisce quindi come l'elevato livello di precisione richiesto rende questo tipo di intervento particolarmente impegnativo nonché altamente dipendente dall'abilità del chirurgo che lo effettua.

Nel trapianto osseo da cadavere rimane inoltre il rischio di fenomeni di rigetto e, per questo motivo, Ã ̈ sempre necessario il ricorso alla terapia immunosoppressiva .

Lo sviluppo di impianti massivi a partire dal porzioni ossee prelevate dal cadavere à ̈ limitato inoltre dal fatto che il numero di donatori cadaveri à ̈ molto inferiore alle richieste e dalle tempistiche che intercorrono tra il prelievo e 1<1>impianto.

Un altro svantaggio notevole riguarda il fatto che le dimensioni e la struttura dell'apparato scheletrico del donatore sono diversi da quelli necessari nel soggetto ricevente.

Non ultimo à ̈ il fatto che questi organi espiantati dal cadavere devono essere conservati in centri molto costosi, quali la banca dell'osso.

Compito precipuo del presente trovato à ̈ quello di risolvere i problemi evidenziati, eliminando gli inconvenienti della tecnica nota citata.

Nell'ambito di questo compito, uno scopo del trovato à ̈ quello di realizzare un struttura portante, per la sostituzione di parti dello scheletro umano, che sia altamente biocompatibile.

Un altro scopo del trovato à ̈ quello di realizzare una struttura portante, per la sostituzione di parti dello scheletro umano, che permetta e favorisca la sintesi ossea.

Ancora un altro scopo del trovato à ̈ quello di realizzare una struttura su misura, ossia con dimensioni e funzionalità mirate a soddisfare le necessità del singolo paziente ricevente.

Più in dettaglio, la presente invenzione si propone di realizzare, nel caso in cui il paziente ne avesse necessità, strutture meccanicamente più resistenti .

Inoltre, la presente invenzione si prefigge come scopo quello di realizzare una struttura che possa essere conservata per anni a costo zero e che non provochi nessun pericolo di contaminazione nel paziente ricevente.

Non ultimo scopo del trovato à ̈ quello di realizzare una struttura portante per la sostituzione di parti dello scheletro che sia di elevata affidabilità, di relativamente facile realizzazione e a costi competitivi.

Questo compito, nonché questi ed altri scopi che meglio appariranno in seguito, sono raggiunti da un struttura portante per la sostituzione di parti dello scheletro umano, caratterizzata dal fatto di comprendere un reticolo tridimensionale per l'alloggiamento di almeno una porzione d'osso, detto reticolo essendo dotato di celle reciprocamente collegate per fornire una base di supporto alla ricrescita di detta porzione d'osso, e dal fatto che almeno alcune porzioni di detto reticolo sono realizzate con rivestimenti lisci atti ad evitare il danneggiamento dei tessuti biologici dovuto a sfregamento attorno a detta struttura .

Ulteriori caratteristiche e vantaggi del trovato risulteranno maggiormente dalla descrizione di una forma di esecuzione preferita, ma non esclusiva, della struttura portante per la sostituzione di parti dello scheletro umano, secondo il trovato.

Detta forma di esecuzione preferita, ma non esclusiva, Ã ̈ illustrata negli uniti disegni che si riferiscono, a titolo indicativo e non limitativo, al bacino, in cui:

la figura 1 rappresenta in vista prospettica il reticolo della struttura portante secondo il trovato ,-la figura 2 rappresenta in vista prospettica la struttura portante secondo il trovato;

la figura 3 rappresenta in vista prospettica una forma di realizzazione alternativa della struttura portante secondo il trovato;

la figura 4 rappresenta una struttura portante secondo il trovato a forma cilindrica.

Con riferimento alle figure citate, la struttura portante per la ricostruzione ossea, secondo il trovato, indicata globalmente con il numero di riferimento 1, comprende un reticolo 2 tridimensionale per l'alloggiamento di almeno una porzione d'osso.

Questa porzione d'osso alloggiata all'interno del reticolo 2 può essere prelevata dal paziente ricevente stesso o dalla banca dell'osso o, ancora, si può utilizzare osso artificiale o un miscuglio di osso biologico e osso artificiale.

Il reticolo 2 Ã ̈ composto da celle 3 reciprocamente collegate per fornire una base di supporto alla ricrescita di detta porzione d'osso.

Il reticolo 2 può essere realizzato con celle 3 tutte delle stesse dimensioni oppure, se necessità di resistenza meccanica lo suggeriscono, le celle 3 possono avere le dimensioni e la struttura più svariate.

Quindi, a seconda delle necessità, il reticolo 2 della struttura 1 può comprendere zone con diversa resistenza meccanica, in particolare può essere dotato di zone con una più elevata resistenza meccanica in corrispondenza dei punti di maggior carico.

Il reticolo 2 della struttura portante 1 à ̈ dotato, in corrispondenza delle zone di passaggio di fasci muscolari, nervosi e vascolari, di rivestimenti 4, particolarmente lisci, per evitare il danneggiamento di questi tessuti. Questi rivestimenti 4 sono lavorati e trattati in modo da ottenere una rugosità superficiale particolarmente bassa .

La forma tridimensionale (o spaziale) del reticolo 2 riproduce la parte di scheletro umano da sostituire, in modo che le cellule del tessuto osseo crescendo sul supporto fornito dal reticolo 2 formino una protesi biologica avente la forma esatta della parte di scheletro da sostituire.

La forma del reticolo 2 può essere modellizzata a partire da immagini biomediche (quali radiografie, TAC, risonanza magnetica) del soggetto stesso, in modo tale che la forma della protesi biologica riprenda esattamente quella della porzione d'osso che deve sostituire in quel determinato paziente.

Vantaggiosamente, nel caso di una parte scheletrica completamente distrutta, la forma del reticolo 2 può essere modellizzata mediante una rielaborazione delle immagini biomediche relative al soggetto stesso. In particolare, il modello della parte scheletrica distrutta, necessario per definire la forma del reticolo 2, può essere ottenuto specchiando la parte scheletrica opposta.

Inoltre, dal soggetto, che in questo caso à ̈ sia donatore che ricevente, può essere prelevata anche una porzione di midollo osseo, la quale permette di facilitare l'integrazione e la rivascolarizzazione .

Più dettagliatamente, le celle 3 del reticolo 2 possono avere la forma di un poliedro di almeno quattro facce, preferibilmente un tetraedro o un esaedro .

L'utilizzo di celle 3 con le suddette forme facilita la realizzazione tridimensionale del reticolo 2 a partire da ricostruzioni con modelli ad elementi finiti (dall'inglese "Finite Element Model" o "FEM") della porzione ossea da sostituire, la quale nel dominio tridimensionale à ̈ solitamente discretizzata mediante la creazione di una griglia (la cosiddetta "mesh") composta da primitive (elementi finiti) con forma di tetraedri o esaedri.

Quindi le celle 3 del reticolo 2 possono essere definite dai lati dei poliedri in cui viene discretizzato il modello della porzione ossea da sostituire .

Vantaggiosamente all'interno delle celle 3 possono essere inserite cellule contenenti dei fattori di crescita in grado di indurre la sintesi ossea e/o materiali bioattivi, in grado di legarsi all'osso come fa il cemento, ma senza problemi di rigetto .

Opportunamente, la struttura 1 comprende mezzi 5 di fissaggio alla porzione ossea adiacente alla porzione da sostituire.

Più dettagliatamente, i mezzi di fissaggio 5 comprendono uno o più corpi cilindrici 6 fissati sulle pareti esterne del reticolo 2. Ciascun corpo cilindrico 6 à ̈ dotato internamente di un foro 7 filettato per l'inserimento ed il bloccaggio di opportune viti di fissaggio (non rappresentate nelle figure) .

Vantaggiosamente, in un'altra forma di realizzazione la struttura le può comprendere una superficie esterna di copertura 8 che avvolge l'intera forma definita dal reticolo 3.

In questa forma di realizzazione, i mezzi di fissaggio 5c possono essere definiti sulla superficie esterna di copertura 8.

Il reticolo 2, la superficie esterna di copertura 8 nonché i mezzi di fissaggio 5 sono realizzati con materiali altamente biocompatibili, particolarmente in lega di titanio TÌ6A14V.

La struttura portante 1, e più specificatamente il reticolo 2, i rivestimenti 4 e l'eventuale superficie esterna di copertura 8, possono essere interamente realizzati con tecnica di fusione mediante fascio di elettroni (meglio conosciuta come tecnica EBM, "Electron Beam Mei ting").

Più dettagliatamente, il metodo di realizzazione della struttura portante 1, comprende per ogni strato di lavorazione, le fasi che consistono nel:

- depositare polvere di un certo materiale, quale ad esempio titanio, su una piastra di supporto ;

riscaldare la piastra di supporto;

- fondere la polvere mediante un fascio di elettroni orientati da campi magnetici pilotati da un programma computerizzato.

Con il suddetto metodo, il reticolo 2 (con i relativi mezzi di fissaggio) e i rivestimenti lisci 4 sono realizzati contemporaneamente, ossia, nella realizzazione di un singolo strato, si effettua la fusione di polveri di porzioni sia del reticolo 2 sia dei rivestimenti lisci 4.

In modo analogo, nel caso in cui sia prevista la superficie di copertura integrale 8, il reticolo 2 e detta superficie di copertura 8 possono essere realizzati contemporaneamente.

Sulla struttura 1 possono essere inseriti elementi modulari, di diversa dimensione e forma, capaci di migliorare i risultati dell'impianto.

Si à ̈ in pratica constatato come la struttura secondo il trovato assolva pienamente il compito prefissato in quanto la porzione d'osso alloggiata all'interno della struttura portante viene prelevata dal soggetto stesso e quindi, la protesi biologica che si ottiene offre il beneficio di non incontrare fenomeni di rigetto e non rende necessario il ricorso alla terapia immunosoppressiva .

Ancora, il fatto che la forma e le dimensione del reticolo e delle celle, nonché la resistenza meccanica delle zone del reticolo stesso, possano essere realizzate in funzione delle caratteristiche di ogni singola porzione ossea da sostituire permette di realizzare strutture per la ricostruzione ossea con le caratteristiche meccaniche desiderate.

In particolare, la possibilità di avere zone del reticolo con diverse resistenze meccaniche, a seconda delle necessità, permette di aumentare la resistenza meccanica nelle zone di maggior carico in modo tale da lasciare alla porzione d'osso del soggetto ricevente il tempo ed il modo di crescere e garantire così la tenuta futura.

Un altro vantaggio importante riguarda il fatto che la porzione d'osso inserita all'interno della struttura portante non deve essere prelevata mediante una resezione precisa in quanto la ricrescita ossea avviene all'interno della struttura stessa.

Inoltre à ̈ la struttura stessa che ha forma uguale alla porzione d'osso da sostituire e detta struttura à ̈ costruita su un modello tridimensionale ottenuto dalle bioimmagini fatte sul soggetto.

A tale riguardo, un vantaggio importante dell'invenzione à ̈ quello di poter realizzare una struttura su misura anche di una parte scheletrica completamente distrutta, mediante opportuni programmi ed elaborazioni al computer che effettuano, ad esempio, lo specchio della parte opposta rimasta illesa.

Ulteriormente, la presenza di cellule contenenti fattori di crescita e materiali bioattivi favorisce la sintesi del tessuto osseo.

Non ultimo, la presenza dei rivestimenti lisci e della superficie esterna di copertura permette di evitare il danneggiamento dei tessuti nervosi, muscolari e vascolari attorno e attraversanti la struttura portante.

Infine, il fatto che la struttura portante sia realizzata mediante tecnica EBM, in cui il reticolo, i rivestimenti e la superficie di copertura sono realizzati contemporaneamente, permette di ottimizzare la produttività della tecnica EBM offrendo un notevole risparmio temporale durante la realizzazione dell'intera struttura portante.

Benché la struttura secondo il trovato sia stata concepita in particolare per la sostituzione delle ossa del bacino e dell'anca, essa potrà comunque essere utilizzata, più generalmente, per qualunque tipo di ossa dello scheletro umano.

La struttura portante secondo il trovato permette quindi di realizzare una sorta di "osso armato" che può presentare caratteristiche meccaniche differenziate a seconda della posizione nello scheletro dove tale osso deve essere impiegato .

La struttura così concepita à ̈ suscettibile di numerose modifiche e varianti, tutte rientranti nell'ambito del concetto inventivo; inoltre, tutti i dettagli potranno essere sostituiti da altri elementi tecnicamente equivalenti .

Così, ad esempio, la struttura portante secondo il presente trovato potrà essere realizzata mediante la tecnica di sinterizzazione laser .

In pratica, i materiali impiegati, nonché le dimensioni e le forme contingenti, potranno essere qualsiasi secondo le esigenze e lo stato della tecnica .

Claims (10)

1. R I V E N D I C A Z I O N I 1. Struttura portante per la ricostruzione ossea, particolarmente per interventi massivi di sostituzione di parti dello scheletro umano, caratterizzata dal fatto di comprendere un reticolo tridimensionale per l'alloggiamento di almeno una porzione d'osso, detto reticolo essendo dotato di celle reciprocamente collegate per fornire una base di supporto alla ricrescita di detta porzione d'osso, e dal fatto che almeno alcune porzioni di detto reticolo sono realizzate con rivestimenti lisci atti ad evitare il danneggiamento dei tessuti biologici dovuto a sfregamento attorno a detta struttura.
2. 2. Struttura secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che la forma tridimensionale del reticolo riproduce la parte di scheletro umano da sostituire.
3. 3 . Struttura secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che detta forma di detto reticolo à ̈ modellizzata a partire da elaborazione di immagini biomediche, effettuate su detto soggetto ricevente, di detta porzione d'osso da sostituire o di una porzione d'osso illesa.
4. 4. Struttura secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che detto reticolo à ̈ in lega di titanio e comprende zone con diversa resistenza meccanica .
5. 5. Struttura secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che comprende mezzi di fissaggio atti a consentire il fissaggio della struttura a porzioni ossee adiacenti alla porzione da sostituire.
6. 6. Struttura secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che detti mezzi di fissaggio comprendono un corpo cilindrico definito sulle pareti esterne di detto reticolo e forato internamente per definire una sede di bloccaggio per viti di fissaggio.
7. 7. Struttura secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto di comprendere una superficie esterna di copertura su tutto detto reticolo.
8. 8. Struttura secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detti mezzi di fissaggio sono definiti su detta superficie esterna di copertura.
9. 9. Metodo di realizzazione di una struttura portante per la sostituzione di parti dello scheletro umano secondo una o più delle rivendicazioni da 1 a 8, caratterizzato dal fatto di comprendere, per ogni strato di lavorazione, le fasi che consistono nel: - depositare polvere di un determinato materiale su una piastra di supporto; - riscaldare detta piastra di supporto; - fondere detta polvere mediante un fascio di elettroni pilotato; - definire un reticolo tridimensionale e contestualmente mezzi di fissaggio di detto reticolo e porzioni di rivestimento di detto reticolo .
10. 10. Metodo di realizzazione di una struttura portante secondo una o più delle rivendicazioni da 1 a 8, caratterizzato dal fatto di realizzare detta struttura portante mediante sinterizzazione laser .