RICERCA ITALIANA     

BIOCOMPATIBILITA' DEI MATERIALI DA IMPIANTO ED INTERAZIONE CON IL MICROBIOTA.

Università degli Studi di Bologna

Abstract

I biomateriali da impianto, costituiti da polimeri, metalli e loro leghe, ceramiche e loro compositi, sono ampiamente utilizzati in ortopedia ed odontoiatria nella ricostruzione o sostituzione di funzioni di tessuti e/o organi molli e duri precedentemente danneggiati. La biocompatibilità dei materiali da impianto è ritenuta un requisito primario. Alcune condizioni, quali stress e sforzi, processi chimici ed elettrochimici, corrosione, possono agire sulla longevità di un impianto. In questi ultimi anni, inoltre, si sta sempre più evidenziando il ruolo di microfilm batterici come mediatori della risposta bioumorale.
Lo scopo del presente progetto è la valutazione della biocompatibilità dei principali materiali, utilizzati nella costruzione degli impianti, mediante analisi combinate di biologia molecolare, microbiologia e microscopia ottica ed elettronica. Linee cellulari umane di osteoblasti e colture primarie di fibroblasti gengivali e di polpa dentale saranno incubate con materiali da impianto a base resinosa e metallica, sia in forma monomerica o particellare sia in forma polimerizzata o in lega metallica. In particolare, la biocompatibilità dei materiali verrà valutata mediante analisi in vitro di biologia molecolare e microscopia ottica/ elettronica (Unità I), attraverso lo studio del coinvolgimento dell’ossido nitrico (NO) nella risposta citotossica (Unità III), e attraverso il ruolo delle vescicole batteriche di membrana come mediatori nella formazioni di biofilm >>>

Coordinatore Scientifico del Programma di Ricerca

Giovanni Mazzotti Università degli Studi di BOLOGNA

Obiettivo del Programma di Ricerca

L’obiettivo finale dell’intero progetto è la messa a punto di un protocollo standard che, basandosi su tecniche morfologiche, citologiche e microbiologiche, consenta una più corretta e completa valutazione della biocompatibilità di materiali da impianto. La competenza delle differenti Unità di ricerca del presente progetto dovrebbe permettere un approccio multidisciplinare tale da permettere una valutazione clinica (Unità II), microbiologica (Unità IV) e biomolecolare /ultrastrutturale (Unità I e III) degli effetti risultanti dalla interazione tra cellule e/o tessuti e materiali resinosi e metallici usualmente proposti nella clinica odontoiatrica ed ortopedica.
Il presente progetto si prefigge di:
1. valutare l'influenza dei biomateriali nella produzione delle principali proteine prodotte dalle cellule target tramite test di vitalità cellulare e analisi in Western Blotting. RT-PCR e Real Time PCR saranno utilizzati per identificare possibili interferenze nei processi di trascrizione delle stesse proteine. Per una maggiore comprensione dei reali effetti indotti dai biomateriali da impianto, viene suggerito un confronto tra i risultati ottenuti dalle tecniche di biologia molecolare e l'analisi morfologica eseguita in microscopia ottica, microscopia elettronica a trasmissione e quella a scansione (FEI-SEM).

2. analizzare in modelli sperimentali "in vitro" il coinvolgimento del ciclo dell'ossido nitrico (NO) nella risposta >>>

Risultati parziali attesi

La valutazione della biocompatibilità di materiali da impianto da un punto di vista morfologico, citologico e microbiologico, presentata nel presente progetto, consente di ottenere una conoscenza più dettagliata delle reazioni cellulari e tissutali che possono insorgere nel contatto e nell’integrazione impianto/tessuto ospite. Si vuol creare una serie di test complementari che siano alla base di protocolli standardizzati per la valutazione della citotossicità in-vitro ed in-vivo dei materiali precedentemente descritti utilizzando metodiche più sensibili e analisi multiparametriche.
In particolare, le analisi in vitro condotte dall’Unità Operativa I, mimando le condizioni di rilascio di componenti degli impianti a concentrazioni basse e a tempi lunghi dall’iniziale contatto del biomateriale con il tessuto circostante, evidenziano i possibili effetti citotossici e letali che si possono verificare a esposizioni croniche con i biomateriali. I possibili meccanismi con cui i componenti rilasciati dagli impianti agiscono all’interno delle cellule sono in gran parte sconosciuti. L’Unità Operativa III ipotizza l’ossido nitrico come una possibile molecola di segnale e valuta il coinvolgimento del ciclo dell'ossido nitrico (NO) nella risposta citotossica indotta da diversi biomateriali di natura polimerica a base resinosa e di natura metallica.
I risultati ottenuti dalle Unità I e III saranno integrati con i dati in-vivo ottenuti dall’Unità Operativa II, che si >>>

Durata

24 mesi

Base di partenza scientifica nazionale o internazionale

I biomateriali da impianto, costituiti da polimeri, metalli e loro leghe, ceramiche e loro compositi, sono ampiamente utilizzati in ortopedia ed odontoiatria nella ricostruzione o sostituzione di funzioni di tessuti e/o organi molli e duri precedentemente danneggiati. (Middleton e Tipton, 2001; Piskin, 2002). Per ottenere una buona fissazione garantita nel tempo, l'impianto deve essere in grado di interagire a livello macro e microscopico con i tessuti adiacenti (Simon e Fabry, 1991). Un materiale “ideale” o combinazione di più materiali “ideali” da impiegare nella generazione di nuovi impianti, dovrebbero rispondere ai seguenti requisiti: composizione chimica biocompatibile per ridurre reazioni avverse nei tessuti biologici circostanti; una eccellente resistenza alla degradazione; forza accettabile per sostenere i cicli di carico; bassi moduli per minimizzare il riassorbimento dell’osso, elevata resistenza all’usura per ridurre la formazione di detriti e ridotta suscettibilità all’adesione batterica (Long e Rack, 1998). Sfortunatamente, la degradazione in vivo del materiale, l’elevata entità di usura dell’impianto e le reazioni tossiche indotte dai detriti rilasciati sui tessuti circondanti l’impianto riducono fortemente la durata delle protesi artificiali (Agins et al., 1998).
Impianti in titanio e in sue leghe (Park e Lakes, 1992) sono largamente utilizzati sia in campo ortopedico che odontoiatrico, e generalmente vengono preferiti ad altri impianti a base >>>