Scaffold design
osseointegrazione
Abstract – Influence of Trabecular Geometry on Scaffold Mechanical Behavior and MG-63 Cell Viability In un approccio basato su scaffold per la rigenerazione del tessuto osseo, il controllo sulla morfometria consente di bilanciare le prestazioni biomeccaniche dello scaffold. In questo lavoro sperimentale, la geometria trabecolare è stata ottenuta mediante un processo di progettazione generativa e gli scaffold sono stati prodotti mediante fotopolimerizzazione in vasca con porosità totale del 60% (P60), 70% (P70) e 80% (P80). Sono state studiate le prestazioni meccaniche e biologiche degli scaffold prodotti e i risultati sono stati correlati con parametri morfometrici, con l’obiettivo di studiare l’influenza della geometria trabecolare sul modulo elastico, la resistenza alla compressione finale degli scaffold e la vitalità delle cellule dell’osteosarcoma umano MG-63. I risultati hanno mostrato che la geometria trabecolare P60 consente di soddisfare i requisiti meccanici dell’osso trabecolare mandibolare umano. Dall’analisi statistica si può dedurre una tendenza generale, suggerendo lo spessore dei puntoni, il grado di anisotropia, la densità di connettività e la superficie specifica come i principali parametri morfometrici che influenzano il comportamento biomeccanico degli scaffold trabecolari. leggi l’articolo
Obiettivi del progetto
- Analisi delle Impalcature Trabecolari:
- Correlazione tra Morfologia e Proprietà Biomeccaniche
- Valutazione delle Proprietà Biologiche
- Utilizzo della Resina DS3000
pROBLEMA
Uno degli obiettivi principali di questo progetto è contribuire allo sviluppo di impalcature trabecolari che possano favorire una migliore rigenerazione del tessuto osseo. Questo è particolarmente importante in scenari in cui è necessario sostituire o rigenerare porzioni di osso danneggiate o perse a causa di malattie, traumi o interventi chirurgici.
SOLUZIONE
La soluzione consiste nell’utilizzare impalcature trabecolari realizzate con la resina biocompatibile DS3000 mediante la tecnica di fotopolimerizzazione in vasca (VPP) per affrontare sfide nell’ambito dell’ingegneria del tessuto osseo e della rigenerazione tissutale.
SVILUPPO
il progetto ha coinvolto la progettazione, la produzione e la valutazione approfondita di impalcature trabecolari, con un focus sulla loro applicazione nella rigenerazione del tessuto osseo.
Intro
La ricerca contribuisce alla comprensione delle relazioni tra la progettazione morfologica, le proprietà biomeccaniche e biologiche delle impalcature trabecolari.
Questo contributo può essere rilevante per la comunità scientifica impegnata nell’ingegneria del tessuto osseo e nelle applicazioni legate alla rigenerazione tissutale.
Il progetto
L’articolo tratta dell’ingegneria del tessuto osseo, concentrandosi sull’approccio basato su impalcature per preservare le funzionalità del tessuto mediante sostituti sintetici. Controllare i parametri morfometrici dell’impalcatura permette di bilanciare le prestazioni biomeccaniche, influenzando il tempo e la qualità della rigenerazione. Si sottolinea l’importanza di progettare una rete porosa e porosità totale adeguate per favorire la crescita e la proliferazione cellulare, evitando fenomeni di stress-shielding nel tessuto ospite.
Lo Sviluppo
Viene presentato un approccio moderno al design delle impalcature basato su strutture gerarchiche create dalla ripetizione di una cellula unitaria con geometria e proprietà ben definite. Tuttavia, questo approccio produce architetture che non replicano completamente l’istomorfometria ossea naturale. Per superare questa limitazione, si adottano impalcature biomimetiche con struttura trabecolare, simulate attraverso un approccio di progettazione generativa che consente forme complesse mediante un processo di modellazione automatica, con la possibilità di personalizzazione interattiva dei parametri morfometrici.
Oltre al design, l’articolo sottolinea il ruolo cruciale del biomateriale e del processo di produzione per ottenere impalcature trabecolari adeguate. Si evidenzia l’efficacia della produzione strato per strato tipica della fabbricazione additiva, con particolare attenzione alla tecnologia di fotopolimerizzazione in vasca (VPP).
Viene menzionata la resina biocompatibile commerciale DS3000, sviluppata per applicazioni mediche con breve contatto col corpo, utilizzata in diverse applicazioni odontoiatriche e biomimetiche. Viene riportato uno studio che ha creato un modello in vitro di un microambiente di metastasi ossea con la DS3000, dimostrando la sua idoneità alla coltura di cellule staminali mesenchimali e cellule tumorali metastatiche al seno.
L’articolo in esame si basa sui risultati di uno studio precedente, relazionando i parametri morfometrici delle strutture trabecolari con il loro comportamento meccanico e biologico. Utilizzando la DS3000, sono state prodotte impalcature trabecolari mediante la tecnica di fotopolimerizzazione in vasca. Tre impalcature con diverse porosità e dimensioni medie dei pori sono state valutate in termini di morfometria, proprietà meccaniche e biologiche. L’analisi statistica ha evidenziato una tendenza generale dei parametri morfometrici a influenzare principalmente il comportamento biomeccanico delle impalcature.
Forma = Funzione
“Nella modellazione delle strutture lattice sono solitamente due le complicazioni principali: il controllo delle variabili geometriche della struttura e la pesantezza di calcolo computazionale. Per questo motivo abbiamo scelto di optare per l’utilizzo del software nTopology che è un modellatore implicito, quindi che permette sia di avere modelli di geometrie complesse con un peso computazionale basso sia di avere una definizione matematica della geometria e quindi un suo completo controllo. “