ITMS970001U1 - Realizzazione di un impianto osseo a due o piu' componenti per il conseguimento di biointegrazione con aumento di flessibilita' - Google Patents

Description

OBBIETTIVI DELL'INVENZIONE

Realizzazione di un impianto osseo composto di due elementi di cui uno a maggiore rigidit? , uno piu' flessibile che fa da "armatura" , per il conseguimento dei seguenti obbiettivi :

a) raggiungimento della biointegrazione, attraverso l'uso di materiali "bioattivi", quali i biovetri, le vetroceramiche, ecc.

b) aumento della resistenza alla trazione, alla flessione, al modulo dell'elasticit?' e alla tensione di rottura, tramite l?impiego di una "armatura" di metallo piu' flessibile .

STATO ATTUALE DELLA TECNICA

Il legame che i materiali "bioattivi", come le ceramiche, stabiliscono con l'osso ? detto "biointegrato". E' caratterizzato, da una connessione strutturale con il tessuto osseo, attraverso un legame chimico,? inoltre sono in grado di integrarsi in tempi relativamente piu' brevi rispetto al titanio. Accanto ai grossi successi che gli impianti interamente costituiti da ceramica, hanno raggiunto, es. gli impianti in frialite tipo Monaco o tipo Tubingen, si sono avuti grossi inconvenienti, per i quali sono stati abbandonati. Infatti talvolta la resistenza di legame, pu?' essere superiore alla elasticit?' della ceramica stessa, con conseguente frattura dell'impianto, cio? sono estremamente resistenti alla compressione ma sono fragili.

Per sfruttare le caratteristiche "bioattive" delle ceramiche, mantenendo una elevata .flessibilit?', si ? allora ricorsi ad un rivestimento, per gli impianti in titanio, o nelle sue leghe, con idrossiapatite (fosfato di calcio) che va quindi in intimo contatto con l'osso, essendo essa stessa una sua costituente . Le ceramiche di fosfato di calcio, vengono prodotte in polveri chimiche di base, sciolte in soluzione acquosa. .Successivamente l'impasto ottenuto viene compattato ad alta pressione, e poi sinterizzato a temperature variabili da 1000-1300 gradi centigradi. La sinterizzazione consiste in un processo di riscaldamento della polvere, con solidificazione, ma non si raggiungono le temperature di fusione. Rimane la superfice porosa, con una <: >resistenza inferiore a quella che si sarebbe -ottenuta con la fusione stessa. La tecnica di rivestimento piu' utilizzata ? il plasma spray, e la riuscita finale ? determinata da un elevato numero di variabili: il tipo di HA, la sua provenienza, il tipo di titanio su cui viene depositata, la temperatura, il tipo di ambiente ,ecc. In questo processo l'aumento della temperatura, provoca la fusione dello strato esterno delle particelle di HA che durante il raffreddamento possono subire un cambiamento di fase con formazione di TCP e'di fosfati di calcio amorfi. Tale fenomeno riduce la cristallinita dell 'HA, fatto questo che sembra determinare il grado di riassorbibilita del rivestimento, e quindi il suo destino nel tempo.? Si ritiene che un maggior grado di cristallinita' determini una minore solubilit?'. Le HA in commercio presentano un grado di cristallinita' variabile tra il 5% e il 60-70%. Ci?' determina una serie di problemi; innanzitutto, ? tecnologicamente impegnativo, evitare il distacco dell'idrossiapatite dal titanio, che determinerebbe, uno strato ceramico perfettamente '?'biointegrato", e un impianto staccato dall'osso. Altro inconveniente ? che l'idrossiapatite perimplantare viene talvolta riassorbita dall'osso, scoprendo il titanio sottostante. Si ritiene che maggiore ? il grado di cristallinita' minore sia la solubilit?' nell'osso. Inoltre, in caso di periimplantite, attualmente ? richiesta l?asportazione dello strato rugoso di idrossiapatite, per allontanare meccanicamente la zona infetta. Dato che il titanio ossida solamente negli strati piu superficiali, si viene ad avere, uno strato di metallo non ossidato, che ha una maggiore possibilit? di indurre reazioni infiammatorie. Le ceramiche sono invece caratterizzate da una ossidazione in toto, che gli conferisce una maggiore inerzia chimica.

Per tutta questa serie di motivi, gli impianti attualmente piu' usati, sono quelli in titanio, lucido, sabbiato, o rivestito di polvere di titanio (titanio plasma spray), che inducono una osteogenesi di contatto, la cosidetta "osteointegrazione" . Con questo termine si intende, "l?unione strutturale e funzionale diretta tra l'osso vitale e la'superfice di un impianto sottoposto a carico", senza interposizione di tessuto connettivale. Il contatto avviene in una certa percentuale di superiice, mentre la restante parte entra in contatto con le lacune midollari dell'osso stesso. La percentuale di contatto ? in funzione del tempo di permanenza nei tessuti, del tipo di osso in cui ? avvenuto l'impianto e del tipo di carico funzionale. Una vite in titanio filettata, dopo un periodo di guarigione precarico di circa sei mesi, raggiunge una percentuale di contatto di circa il 40-50%, mentre dopo alcuni anni di carico funzionale, pu?' raggiungere anche 1?'80-90% Nonostante la stretta connessione con l'osso, non ci sono legami chimici, e in assenza di connessioni micro o macromeccaniche, il materiale non offre nessuna resistenza alle forze di trazione, per questo sono detti "bioinerti". Ovviamente il materiale piu' usato ? il titanio che pu?' essere: puro, o in lega, con il 6% di Al e il 4% di Va (Ti6Al4Va) ; altro metallo di questa classe ? il vanadio. Il vetrocarbonio e alcune ceramiche come l?allumina, sono bioinerti finch? rimangono senza carico protesico, poi tra osso e impianto, si viene ad interporre uno strato di tessuto fibroso.

Per completezza esistono ancora dei materiali definiti "biotollerati", che vengono rivestiti da lino .strato di connettivo perimplantare anche quando vengono impiantati in condizioni ideali. Fra questi si annoverano i materiali sintetici, i cementi ossei come il polimetilmetacrilato, le leghe acciaiose.

DESCRIZIONE DELL'INVENZIONE

I materiali "bioattivi", hanno scarse caratteristiche meccaniche, specie per quello che riguarda l'elevata fragilit? , pur essendo estremamente resistenti alla compressione, e possedendo un elevato grado di biocompatibilita . Di contro il titanio e gli altri materiali "bioinerti", hanno caratteristiche di elevata flessibilit? .

E sufficente associare i due materiali un po' come .vi avviene per il "cemento armato"; cio? una armatura a tutto spessore in titanio, che racchiude uno' o piu1 materiali bioinerti, a tutto spessore, o a spessore, parziale negli spazi interposti.

Caso di uso di piu' materiali: negli interstizi della "armatura di titanio", si colano resine come il polimetilmetacrilato, che si possono legare chimicamente negli strati esterni a materiali bioattivi, qualunque sia la loro granulometria e lo stato chimico-fisico. In questo caso, si associa un'alta biocompatibilita' con un'ottima elasticit? '.

L'associazione attualmente in uso di titanio "rivestito" con idrossiapatite, ha il problema che il punto di fusione del titanio, ? molto piu' basso del punto di fusione della ceramica. Il sottile strato di rivestimento, non pu?' perci?' oltrepassare una certa temperatura, mentre viene apposto, e la ceramica ? sintetizzata e non fusa, per non alterare il titanio. Se invece di un sottile strato di rivestimento, si fanno prima degli strati a tutto spessore in ceramica, portandola alla fusione, si pu?' successivamente fondere "l'armatura in titanio", senza alterare la ceramica. Il raggiungimento del punto di fusione comporta un basso grado di porosit?', e una forma cristallina, che rende la ceramica^non solubile.

Nel caso si volesse dotare l?impianto, anche di ritenzioni micro o macromeccaniche, ? sufficente creare delle micro o m?crocavita1 nella parete esterna, e riempirle con della ceramica non fusa, ma compattata a basse temperature. In queste cavita' si avrebbe la crescita di osso per osteoconduzione , e "ritenzione meccanica oltre che legame chimico.

Claims (1)

1. RIVENDICAZIONI Si rivendica l'utilizzo di due o piu' materiali, di cui: a) uno fa da armatura per aumentare la flessibilit?' dell'impianto stesso, questa parte pu?' essere o meno provvisto di filettatura, sia nella parete interna che esterna; b) uno o piu' fanno da riempimento all'interno degli spazi compresi nell'armatura, anch'esso pu?' essere o meno provvisto di filettatura nella parte interna od esterna; c) pu?' essere presente, qualora si volesse aumentare la biocompatibilita' degli strati esterni dei materiali ai punti a) e b), un ulteriore strato in materiale alloplastico, che pu?' aderire in diversi modi, es. con legame chimico. d) si rivendica inoltre la possibilit?' di effettuare ritenzioni micro o macromeccaniche, alloggiando nella parete esterna delle piccole nicchie, di materiale ceramico cotto a basse temperature, quindi piu' solubile e con effetto di osteoconduzione all'interno.