I ricercatori sono riusciti a rigenerare con successo le ossa del cranio danneggiate nei topi, creando un’impalcatura biomimetica (scaffold) indipendente, che combina una struttura piezoelettrica e le proprietà di promozione della crescita di un minerale presente in natura. La nuova “bendatura ossea” ha potenziali applicazioni ad ampio raggio per la rigenerazione ossea e la medicina rigenerativa in generale.
I materiali piezoelettrici generano una carica elettrica in risposta allo stress meccanico applicato. L’osso è un materiale piezoelettrico, poiché possiede un microambiente elettrico, i segnali elettrici svolgono un ruolo importante nel processo di riparazione ossea, che può promuovere efficacemente la rigenerazione ossea. Tuttavia, la rigenerazione ossea è un processo complesso che si basa su componenti meccanici, elettrici e biologici.
Le attuali strategie per la rigenerazione ossea, come innesti o scaffold che rilasciano fattori di crescita, presentano limitazioni, come complicazioni nel sito donatore, disponibilità limitata e costi elevati. Ora, i ricercatori del Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST) hanno sviluppato un metodo pionieristico alla rigenerazione ossea, combina la piezoelettricità e l’idrossiapatite (HAp), un minerale che si trova naturalmente nelle ossa e nei denti, svolge un ruolo nella resistenza strutturale e nella rigenerazione delle ossa. Viene comunemente aggiunto al dentifricio per rimineralizzare lo smalto dei denti e fortificarli.
Lo studio pubblicato nella rivista ACS Applied Materials & Interfaces ha scoperto che l’idrossiapatite (HAp) migliora l’osteogenesi (formazione ossea) e fornisce un’impalcatura (scaffold) per la crescita di nuovo osso. Ha anche proprietà piezoelettriche e una superficie ruvida, che lo rendono un candidato ideale per creare impalcature su cui far crescere le ossa.
I ricercatori quindi hanno fabbricato un’impalcatura biomimetica indipendente, integrando l’idrossiapatite (HAp) nella struttura piezoelettrica del polivinilidene fluoruro- co -trifluoro etilene (P(VDF-TrFE), una pellicola polimerica. L’impalcatura indipendente, che genera segnali elettrici quando viene applicata la pressione, distingue questo metodo dalla ricerca precedente che combinava HAp e P (VDF-TrFE), che era limitata ai rivestimenti su protesi metalliche.
Il nuovo metodo dei ricercatori fornisce una piattaforma versatile per la rigenerazione ossea che va oltre le applicazioni legate alla superficie.
Il confronto degli scaffold con e senza l’idrossiapatite (HAp) in vitro ha mostrato che l’attaccamento cellulare sugli scaffold HAp era dal 10% al 15% più alto.
La proliferazione cellulare dopo cinque giorni di coltura cellulare era superiore dal 20% al 30% e vi erano livelli di osteogenesi più elevati di circa il 30%-40% sugli scaffold HAp. I risultati suggeriscono che l’idrossiapatite (HAp) massimizza le proprietà piezoelettriche dell’impalcatura, e crea un ambiente simile alla matrice extracellulare del corpo, la componente non cellulare di tutti i tessuti, fornisce la struttura fisica essenziale e gli importanti segnali necessari per la rigenerazione dei tessuti.
I ricercatori hanno poi testato le loro impalcature HAp/P (VDF-TrFE) sui topi, posizionandole sopra i difetti nelle ossa del cranio degli animali (calvaria). Le impalcature sono state mantenute per sei settimane senza deformazioni. Tutti i topi sono sopravvissuti; non sono stati osservati eventi avversi, inclusa nessuna infezione o risposta infiammatoria.
La rigenerazione ossea dopo due, quattro e sei settimane di impianto, è stata significativamente migliorata nei topi con scaffold HAp montati rispetto a nessuna formazione ossea nei gruppi di controllo.
Seungbum Hong, uno degli autori corrispondenti dello studio, ha affermato:
«Abbiamo sviluppato un materiale composito piezoelettrico a base di idrossiapatite (HAp) che può agire come una “bendatura ossea” grazie alla sua capacità di accelerare la rigenerazione ossea. Questa ricerca non solo suggerisce una nuova direzione per la progettazione di biomateriali, ma è anche significativa perché ha esplorato gli effetti della piezoelettricità e delle proprietà superficiali sulla rigenerazione ossea».
