L’ingegneria tessutale è un settore multidisciplinare delle biotecnologie che apre la strada a nuove possibilità di cura e ad una migliore qualità della vita dei pazienti. Le tecniche di ingegneria tessutale prevedono l’impiego di biomateriali e scaffold che devono soddisfare requisiti specifici e determinati standard. Attraverso l’utilizzo della microtomografia computerizzata (microCT) è possibile ottenere molteplici informazioni sulla struttura interna di scaffold e biomateriali, fornendo immagini ad alta risoluzione senza danneggiare il campione e senza necessitare di tagli, rivestimenti o trattamenti chimici preparatori all’analisi. La microCT è quindi un mezzo di fondamentale importanza nella Medicina, nella Biologia e nell’Ingegneria biomedica, e consente di effettuare in maniera approfondita e dettagliata analisi morfologiche 3D, valutazioni delle proprietà strutturali, caratterizzazioni multifasiche, individuazione e quantificazione di difetti di biomateriali e scaffold.
Principali applicazioni del servizio proposto
La microCT è una tecnica non distruttiva che rappresenta un’evoluzione della tomografia computerizzata normalmente utilizzata in Clinica. Può raggiungere elevate risoluzioni (fino a 1µm) e permette la visualizzazione delle strutture interne degli oggetti analizzati. Il Laboratorio dispone di due apparecchiature per microCT che offrono la possibilità di scansionare dispositivi di dimensioni fino a 20 cm di lunghezza e 7 cm di diametro. Le numerose tipologie di valutazione possibili vanno dall’analisi strutturale e densitometrica del biomateriale o scaffold nella fase pre-impianto, all’analisi nel tempo del comportamento ed efficacia di rigenerazione tessutale tramite l’allestimento di microCT in vivo, fino all’analisi del tessuto rigenerato e del rimodellamento del materiale impiantato. La quantità di immagini e dati prodotti, permette la valutazione di numerosi parametri morfologici e meccanici sia in 2D che direttamente in 3D utilizzando algoritmi modello indipendenti.
A differenza dell'istomorfometria, partendo dalle sezioni microtomografiche è possibile creare modelli 3D virtuali dell'oggetto analizzato, che permettono realistiche visualizzazioni spaziali delle microstrutture, fornendo una valutazione immediata e interattiva dei dispositivi e del loro funzionamento. I modelli possono essere utilizzati per creare filmati video dell'oggetto analizzato in movimento o come base per prototipi nell'ingegneria tessutale.
E’ previsto un approccio sistematico alla valutazione biologica e strutturale di innovazioni tecnologiche e terapie avanzate offrendo alle industrie ed ai centri di ricerca un percorso preclinico per la commercializzazione ed il trasferimento in campo clinico biomedico. L’analisi microCT può essere inoltre applicata ad ogni tipologia di materiale di utilizzo, non solo biomedico, fornendo informazioni sia microstrutturali che meccaniche tridimensionali.
Modelli 3D di ingegneria tessutale
Valutazione di protesi craniche a base di idrossiapatite porosa
Il prodotto ha permesso di valutare mediante analisi tridimensionale un sostituto osseo craniale a base di idrossiapatite, attraverso la valutazione di parametri microstrutturali quali il volume dei pori, la connessione, la separazione, lo spessore e infine la distribuzione spaziale, elementi non analizzabili mediante analisi bidimensionale statica e/o dinamica. In seguito a questi risultati l’analisi 3D è stata utilizzata anche per la valutazione di sostituti ossei craniali a base di idrossiapatite in vivo e da biopsie ossee perimplantari. Tali valutazioni hanno permesso di ottenere informazioni inerenti il materiale impiantato e l’osso circostante a seguito di ampie perdite di sostanza, conseguenti, ad esempio, a gravi malformazioni congenite, eventi traumatici e lesioni neoplastiche. I risultati ottenuti dalle valutazioni tridimensionali mediante microCT hanno permesso di rilevare i cambiamenti microstrutturali di porosità dei sostituti ossei craniali una volta a contatto con i fluidi e tessuto biologici. I dati ottenuti sono stati di fondamentale importanza per comprendere l’interazione dinamica tra scaffold e osso permettendo di avere una visione completa della micro e macrostruttura sia del materiale impiantato che dell’osso circostante.
Laboratorio Studi Preclinici e Chirurgici, Istituto di Ricerca Codivilla Putti, Istituto Ortopedico Rizzoli Fin-Ceramica Faenza S.p.A
Traslazione e applicazione clinica dei biomateriali e degli scaffold innovativi testati
Sezioni microtomografiche e modello 3D del sostituto osseo craniale a base di idrossiapatite porosa