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I Biomateriali Rosanna La Rocca. La Scienza dei biomateriali studia le interazioni tra materiali viventi e non viventi. I biomateriali devono avere una.

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Presentazione sul tema: "I Biomateriali Rosanna La Rocca. La Scienza dei biomateriali studia le interazioni tra materiali viventi e non viventi. I biomateriali devono avere una."— Transcript della presentazione:

1 I Biomateriali Rosanna La Rocca

2 La Scienza dei biomateriali studia le interazioni tra materiali viventi e non viventi. I biomateriali devono avere una proprietà fondamentale definita : Biocompatibilità

3 Il grado di biocompatibilità di un materiale dipende da: Forma Struttura Composizione Proprietà fisiche, chimiche, meccaniche, elettriche

4 La biocompatibilità è correlata a : Tolleranza dei tessuti verso il materiale estraneo La sua stabilità chimica e fisica per il tempo di permanenza nellorganismo

5 LEGISLAZIONE EUROPEA SUI DISPOSITIVI MEDICI I)AIMDD (the Active Implantable Medical Devices Directive) II) MDD (the Medical Device Directive)

6 I. Requisiti generali Lutilizzo dei dispositivi non deve compromettere lo stato clinico e la sicurezza dei pazienti. I dispositivi devono fornire le prestazioni loro assegnate dal fabbricante. I dispositivi devono essere progettati e imballati in modo che le caratteristiche non vengano alterate durante la conservazione ed il trasporto. Requisiti essenziali

7 II. Requisiti relativi alla progettazione e alla costruzione a) Caratteristiche fisiche, chimiche e biologiche: - scelta dei materiali (tossicità ed infiammabilità) - la compatibilità reciproca tra materiali utilizzati e tessuti, fluidi corporei…etc b) Infezione e contaminazione microbica: - Riduzione dei rischi dinfezione - Fabbricazione e Sterilizzazione in condizioni adeguate. - I sistemi di imballaggio devono essere adeguati per mantenere la sterilità.

8 Classificazione dei dispositivi biomedici secondo il rischio per il paziente: Classe I: basso rischio (dispositivi non invasivi) Classe II: medio rischio a) I dispositivi invasivi che interessano gli orifizi corporei naturali b) I dispositivi parzialmente o totalmente impiantabili nellorganismo. Classe III: alto rischio - I dispositivi che agiscono sul funzionamento degli organi vitali Dispositivi Non Invasivi e Dispositivi Invasivi

9 SISTEMA COMPLETO DI GARANZIA DI QUALITA (ISO 9001/EN46001) Il fabbricante deve Verificare : La progettazione La fabbricazione Il controllo finale del prodotto Che sia soggetto a Verifica e Certificazione CE

10 Metodi di indagine sui Biomateriali IMMUNOGENICITA CICATRIZZAZIONE CANCEROGENICITA Il materiale migliorerà o no la cicatrizzazione di una ferita!!??? Risposta autoimmune Effetti a lungo termine COMPATIBILITA Metodo per valutare leffetto del materiale dal contatto con il sangue

11 TOSSICITA A)TEST DI CITOTOSSICITA: - costituiscono una tecnica rapida, economica e sensibile per valutare la biocompatibilità; - sono utili nello screening dei materiali per la costruzione di un dispositivo medico. B) TEST DI PIROGENICITA: - lobbiettivo è la ricerca di quelle sostanze di origine chimica o batterica, detti pirogeni, capaci d causare uno stato febbrile se presenti nellorganismo di un paziente in dose sufficientemente elevata.

12 Genotossicità Un dispositivo impiantato può produrre anche danni al DNA

13 COMPATIBILITA CON IL SANGUE O EMOCOMPATIBILITA I derivati del carbonio possiedono eccellenti doti di biocompatibilità ed è ormai invalso luso generale di depositare carbonio pirolitico su valvole cardiache e vasi sanguigni artificiali per aumentarne la emocompatibilità.

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17 TROMBOSI Emocompatibilità (test in vivo ed in vitro) Metodo per la valutazione della coagulazione del sangue.

18 LE REAZIONI DELLORGANISMO ALL IMPIANTO DI UN MATERIALE ESTRANEO Patogenesi: Biofilm Il processo inizia con un rapido attacco dei microorganismi alla matrice proteica che ricopre la superficie del materiale protesico. Il processo progredisce con la crescita e laggregazione dei microorganismi sulla superficie protesica a formare il biofilm

19 i biomateriali Si definisce biomateriale un materiale concepito per interfacciarsi con i sistemi biologici per valutare, trattare, aumentare, dare supporto o sostituire un qualsiasi tessuto, organo o funzione del corpo. (II International Consensus Conference on Biomaterials, Chester, Gran Bretagna, 1991).

20 Storia del Biomateriale La storia dei biomateriali può essere riassunta in tre tappe fondamentali: Biomateriali di prima generazione: il requisito fondamentale per il materiale è di essere bioinerte Biomateriali di seconda generazione: il requisito fondamentale è di essere bioattivo. Biomateriali di terza generazione: rappresentano il presente e il futuro dei biomateriali; il materiale deve essere sia bioattivo che riassorbibile.

21 I BIOMATERIALI CERAMICI Composti inorganici che contengono sia elementi metallici sia elementi non metallici: – Ossidi (Al2O3, TiO2, MgO, SiO2, …) – Carburi (TiC, SiC,…) – Idruri, solfuri, seleniuri,… Varietà di legami chimici, da covalente puro a ionico Enorme importanza tecnologico-industriale: – Siderurgia, metallurgia – Industria metalmeccanica – Edilizia – Elettronica – Nucleare

22 I materiali ceramici si dividono in tradizionali e avanzati. – Tradizionali: ceramici a base di argilla a cui vengono aggiunti quarzi, calcari, etc. Si suddividono in materiali a pasta porosa e a pasta compatta. – Avanzati: preparati per sinterizzazione di ossidi, siliciuri, nitruri,etc. Applicazioni biomediche: odontoiatria, ortopedia, chirurgia vascolare. Vantaggi: – Basso impatto sul sistema immunitario – Inerzia chimica verso i fluidi – Alta resistenza alla compressione – Basso coefficiente di attrito

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24 Esempi di proprietà fisiche rilevanti Elevata temperatura di fusione – Allumina: 2050°C – MgO: 2750C – Grafite: ca. 4000°C Bassa conducibilità termica – Porcellana: 1 W/Mk Elevata resistività elettrica – Allumina: ca ohm.m

25 Materiali più importanti: – Ossido di alluminio (allumina, corindone) – Idrossiapatite (HA), idrossicarbonatoapatite (HCA) – β-fosfato tricalcico (TCP) – Biovetri – Carbonio pirolitico I biomateriali ceramici

26 Applicazioni dellallumina LAllumina pura è utilizzata sin dai primi anni 70 come materiale da innesto, specialmente per protesi artificiali e impianti dentali grazie alla sua eccellente compatibilità con i tessuti ed alle sue buone proprietà meccaniche. Nel corso degli ultimi anni ha assunto un ruolo fondamentale anche nel campo della chirurgia maxillofacciale.

27 Si classificano in: – Ceramiche bioinerti (elevata resistenza) – Ceramiche bioattive (capaci di formare legami con tessuto osseo e con tessuti molli) – Ceramiche bioassorbibili (coinvolte in processi metabolici) I biomateriali ceramici….

28 Materiali ceramici bioattivi: Generalmente riassorbibili Ricostruzioni di tessuto osseo, ma anche giunture, legamenti, tendini, etc. Più importante: fosfato di calcio. A seconda del rapporto Ca/P cristallizza in due forme: – Idrossifosfato di calcio (idrossiapatite, HA) Materiali ceramici bioinerti: (allumina calcinata). Per utilizzo come biomateriale deve avere purezza >99.5% (SiO2, Na2O < 0.1%) Proprietà richieste (ISO 6474, ASTM F603-83) – Densità (g/cm3) >3.9 – Dimensioni medie del grano (mm) <0.7 – Microdurezza (MPa) – Resistenza alla compressione (MPa) 4000

29 I Materiali Metallici da Impianto I metalli possono essere ottenuti da metalli semplici. Hanno una struttura cristallina, Sono buoni conduttori di calore ed elettrici, hanno, infatti, una bassa resistività.

30 I Materiali Metallici da Impianto: Le leghe Una lega è una miscela di due o più elementi di cui uno è un metallo. Questi biomateriali si caratterizzano per la loro duttilità, si deforma ma non si rompe. Purtroppo venendo a contatto con i liquidi biologici tendono ad usurarsi.

31 es: ACCIAIO INOSSIDABILE Lega costituita da ferro, carbonio e in minore percentuale da cromo. Il principale tipo di acciaio inossidabile è l'austenitico, che in fase solida si forma da una lega di ferro e carbonio, il ferritico e il martensitico che è duro e tenace e risulta indicato per bisturi e altri strumenti da taglio.

32 Processo Infiammatorio Induzione di Molecole di Adesione Vasodilatazione Aumento della Permeabilità Dolore Danno Tissutale Essudato

33 THE IMMUNE SYSTEM ORGANIZATION Pathogen Innate immunity (0-4 hr) Risposta adattativa precoce 4-96 hr Risposta adattativa tardiva >96 hr Espansione clonale cellule della memoria

34 Risposta Immunitaria

35 Linfociti B e produzione di Ab STRUTTURA FONDAMENTALE DI UNA MOLECOLA DI IMMUNOGLOBULINA CH3CH3 CH2CH2 CLCL CH1CH1 VHVH VLVL catena leggera: -1 dominio variabile V L -1 dominio costante C L catena pesante: 1 dominio variabile V H 3 o 4 domini costanti C H, a seconda dell'isotipo

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