Biomateriale

Sostanza (o combinazione di sostanze) naturale o artificiale, che può essere impiegata per un qualunque periodo di tempo, da sola o come parte di un sistema, per trattare, migliorare o sostituire un qualunque tessuto, organo o funzione del corpo. Lo studio dei b. riguarda la produzione di nuovi materiali e la loro caratterizzazione fisico-chimica, meccanica e biologica affinché possano essere utilizzati senza pericolo nelle applicazioni biomediche. Si diversificano in b. di origine biologica, artificiali, di sintesi, di supporto per la rigenerazione dei tessuti.

B. di origine biologica È oggetto di continui perfezionamenti l’utilizzazione di materiali di origine sia animale sia umana, in strutture già organizzate o allo stadio molecolare. I materiali biologici, suddivisibili in materiali costituiti da tessuti molli, da tessuti duri e materiali per suture, in generale non necessitano di tecnologie di ottenimento e fornitura particolarmente complesse e costose. Per i materiali costituiti da tessuti molli, l’utilizzazione principale si è avuta nel settore cardiovascolare per protesi valvolari e di vasi sanguigni; prima dell’utilizzazione questi materiali debbono essere sottoposti a una serie di trattamenti che, distruggendone la componente deteriorabile, li rendono immuni all’attacco dei batteri. I materiali costituiti da tessuti duri sono utilizzati prevalentemente in ortopedia, per riempimenti nel caso di difetti ossei o di asportazione di tumori. I principali requisiti richiesti riguardano le caratteristiche meccaniche; oltre all’osso umano, prelevato da cadaveri (con caratteristiche ottimali dal punto di vista della biocompatibilità), sono utilizzate ossa provenienti da animali opportunamente trattate e, più recentemente, materiali diversi come frammenti di corallo e madrepore. Fra i materiali per sutura trovano crescente applicazione i bioadesivi, data la non ottima biocompatibilità dei collanti artificiali. L’utilizzazione di materiali di origine biologica rimane comunque confinata in un ambito relativamente ristretto di applicazioni, soprattutto a causa della difficoltà di approvvigionamento.

B. di origine artificiale L’individuazione di tali materiali è stata fatta caratterizzando il materiale biologico da sostituire dal punto di vista delle sue principali proprietà e, successivamente, scegliendo un materiale con proprietà simili o migliori. In tale modo è stata identificata una serie di materiali con elevata biocompatibilità e proprietà meccaniche a volte addirittura superiori a quelle dei materiali biologici da sostituire. I più comuni materiali artificiali sono i polimeri, i materiali metallici e i materiali ceramici. I polimeri sono particolarmente utilizzati in oftalmologia, per la fabbricazione di lenti a contatto e di cornee artificiali, nella chirurgia del distacco della retina e, in ortopedia, per la realizzazione di cementi ossei e di protesi di tendini e legamenti. Più complessa è risultata l’utilizzazione di questi materiali nella realizzazione di protesi cardiovascolari o, in generale, di apparati che vengano a contatto con il sangue, in cui particolare attenzione va dedicata all’interfaccia polimero-sangue per evitare che si producano trombi dovuti a effetti anomali di coagulazione del sangue stesso (emocompatibilità). I materiali metallici trovano l’applicazione più tipica in campo ortopedico, con la sostituzione o l’integrazione in modo permanente o temporaneo di una struttura ossea; allo scopo devono possedere buone caratteristiche meccaniche, facilità di lavorazione e, naturalmente, biocompatibilità. L’interesse è soprattutto focalizzato sulle leghe al titanio e su quelle a memoria di forma; per assicurare la biocompatibilità, spesso si fa ricorso a rivestimenti protettivi di tipo ceramico o polimerico. I materiali ceramici comprendono un vasto gruppo di materiali solidi con caratteristiche di alta resistenza alla compressione e relativa inerzia chimica. Fra questi, di particolare interesse sono i materiali contenenti carbonio, che vengono usati nella costruzione di valvole cardiache e connettori percutanei per le loro proprietà antitrombogeniche, l’ossido di alluminio, utilizzato nelle protesi dentarie, i biovetri, ceramiche attive capaci di formare legami chimici diretti con i tessuti circostanti, e i vari fosfati di calcio ampiamente utilizzati in ortopedia per riempimenti di difetti ossei e in ortodonzia per protesi.

B. di sintesi Si differenziano dai materiali artificiali, già utilizzati in campo industriale, per essere stati appositamente realizzati per il campo biomedico, grazie alle conoscenze nel settore della chimica macromolecolare. Sono in grado di sostituire i materiali naturali, a meno che non sia a essi richiesto di svolgere una funzione biologica o di non modificare equilibri naturali (per es., materiali che vengano a contatto con il sangue per la difficoltà di riprodurre le funzioni espletate dall’endotelio). Un interessante esempio si ha nel caso della cute artificiale.

B. di supporto per la rigenerazione dei tessuti Una possibile soluzione alla ricostruzione di parti od organi del corpo umano consiste nell’utilizzare un materiale di supporto sul quale l’organismo stesso sia in grado di ricostruire la parte mancante; se il b. è biodegradabile, è possibile ottenere, dopo un certo periodo, la parte ricostruita identica all’originale, senza più alcuna traccia del b. stesso. In questo ambito esiste una vasta gamma di polimeri bioriassorbibili con numerose applicazioni, come nei fili di sutura e nel rilascio graduale di farmaci.