Da Faenza a Houston: storie di ordinaria innovazione- Simone Sprio
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Biomateriali e Biomimesi Nuovi approcci per la Medicina Rigenerativa Simone Sprio Faenza(RA) - ITALY
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Simone Sprio, fisico e chimico, ricercatore presso l’ISTEC-CNR con 20 anni di esperienza in scienza dei materiali. Responsabile dello sviluppo di nuovi materiali e dispositivi a base ceramica per la rigenerazione ossea, in chirurgica ortopedica, spinale, maxillofacciale e cranica. WP Leader in progetti collaborativi nazionali ed europei.
Transcript of Da Faenza a Houston: storie di ordinaria innovazione- Simone Sprio
Biomateriali e Biomimesi Nuovi approcci per la Medicina
Rigenerativa
Simone Sprio
Faenza(RA) -ITALY
Autologous bone transplantation Greatest potential for bone regeneration, easy to model Bone harvesting damages healthy body parts Limit to transplantable quantity
A significant area of modern medical technology has been developed through inert materials;
they are biocompatible…
…but not active, not porous andnot resorbable
Current solutions for healing of bone defects
Allotransplant of bone Large quantities available, easy to model Non uniformity of products (sex, age) Issues of antigenicity and infection
Artificial bone graft Uniformity in quality No limit to amount of use No capability of bone formation
La Natura come fonte di ispirazione
Design FunctionStructure
Becco del MartinPescatore Alghe antibattericheEffetto Loto
)
Hypothesis: mimare le caratteristiche chimico –fisiche e morfologiche del
tessuto nativo così da attivare tutti gli step della cascata rigenerativa.
Biomimesi
Oggi la frontiera è ……..
Una volta impiantato l’impianto è in grado di stimolare la chemotassi cellulare e
la colonizzazione da parte delle cellule del paziente.
…… quindi il corpo umano funziona come un BIOREATTORE NATURALEIn grado di guidare il sistema verso una perfetta rigenerazione
CT-scan
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Immagine 1: pre-op patient CT scan Immagine 2: pre-op patient CT scan
Immagine 3: modello Immagine 4: protesi
Immagine 5: chirurgia Immagine 6: Tac post
Pre-op
Post-op
Post-op CT- Densitometry Analysis
La rigenerazione delle ossa degli arti è ancora un problema irrisolto, a causa delle numerose complicazioni associate a fratture gravi e comminute quali infezioni e mal-unioni.
Non-unioni
Mal-unioni
Infezioni
Pseudoartrosi
Procedure chirurgiche ripetute e dolorose
e dall’esito molto incerto
Perdita di funzionalità
Amputazioni
RIGENERAZIONE OSSEA: LE SFIDE ANCORA APERTE
IL CORPO UMANO E’ UNA STRUTTURA DI TENSEGRITA’ GERARCHICAMENTE ORGANIZZATA
OSSO
LEGAMENTI
OSSA E LEGAMENTI SONO STRUTTURE AD ELEVATA COMPLESSITA’ STRUTTURALE CHE CONSENTE DI ESPRIMERE PROPRIETA’ MECCANICHE STRAORDINARIE ED IRRIPRODUCIBILI
COME MIMARE TALE COMPLESSITA’ ?
LA NATURA UTILIZZA SISTEMI DI CONTROLLO ALLA NANO-SCALA PER COSTRUIRE STRUTTURE COMPLESSE
IL LEGNO COME MODELLO STRUTTURALE PER L’OSSO
Organic compounds: Collagen type I (25%) Cells Proteoglycans and non-collagenous proteins
Inorganic compounds: Nano-crystalline Hydroxyapatite (70%) Water
BONE
Organic compounds: Cellulose (35-55%) Hemicellulose (20-35%) Lignin (20-25%)
LA SFIDA
Trasformare legni naturali in impianti ossei di nuova generazione
SIPO
RATTAN
LUFFAFront view
Transversal view
OVERALL POROSITY : 76 %40 % Large pores ( = 150 22 m)
60 % Small pores ( = 7 3 m)
OVERALL POROSITY : 85 %58 % Large pores ( = 250 40 m)
15 % Medium pores ( = 12 4 m)
27 % Small pores ( = 4 1 m)
Cortical-like
Spongy-like
Spongy-like
STRUTTURE LIGNEE CHE MIMANO L’OSSO
OVERALL POROSITY : > 90 %65 % Large pores ( = 550 100 m)
25 % Medium pores ( = 20 4 m)
10 % Small pores ( = 3 1 m)
UNICITA’ Struttura gerarchica che mima l’osso Composizione chimica che mima l’osso Consente il carico meccanico dopo l’impianto Riassorbibile
OSSO LEGNO
200 m
OSSO LEGNO
200 m
OSSO LEGNO
200 m
OSSO LEGNO
200 m
Legno di Rattanosso
CERAMISATION PROCESS OF NATIVE WOOD
1) PYROLYSISWood Carbon
2) CARBURISATIONCarbon CaC2
3) OXIDATIONCaC2 CaO
5) PHOSPHATIZATIONCaCO3 Hydroxyapatite
4) CARBONATIONCaO CaCO3
Transformation of the natural wood template and preserving its initial
morphology
Slow thermal treatment at 1000 °C in Ar atmosphere
Reaction of Carbon with gaseous Calcium
at 1650 °C in Ar atmosphere
Oxidation in air at 1000 °C
Carbonation in furnace or autoclave under CO2 pressure
Phosphatization at room conditions in a PO4-rich solution.
Tampieri A, Sprio S, Ruffini A, Celotti G, Lesci IG, Roveri N. From Wood to Bone: multi step-process to convert wood hierarchical structures into biomimetic hydroxyapatite scaffolds for bone tissue engineering. J Mater Chem 2009; 19 (28): 4973-4980 .
surgery implantationwood bone implant
Load bearing bone implants by trasforming natural wood
BIOACTIVE
BIORESORBABLE
Suitable for all non-union and any bone implant
DRIVERS
ageing population
unmet clinical needs
surgeon request
inadequacy of autografts
patient pressure
No more amputations or multi-step painful surgery!!!
Wood-derived bone implantsPATENT: WO2013063201 PCT/IB2011/054980.
EU, USA, CANADA, RUSSIA, INDIA, CINA, AUSTRALIA
Patients walk in short timesComplete bone regeneration in 12 months with no more surgery
Green Bone
Grazie
per la vostra attenzione!
