BIOMATERIALI: LA NUOVA FRONTIERA DELLA TECNOLOGIA MEDICA

La ricerca scientifica in campo medico ha riscosso numerosi successi negli anni,  soprattutto dal dopoguerra fino ai giorni nostri. L’aspetto di vitale importanza sulla quale si sta lavorando recentemente è la ricerca di soluzioni in ambito farmaceutico per la lotta a malattie oncologiche, altro male che affligge uomini e donne di tutte le età e lascia dietro di se morte e discordia. Altro aspetto importantissimo della ricerca scientifica è la volontà di trovare un modo che permetta di conciliare aspetti apparentemente incompatibili tra loro, intendo parlare dei Biomateriali e del loro largo uso in ambito medico. 

QUANDO LA PASSIONE SI TRASFORMA IN CONOSCENZA 

Da studente alla facoltà di Ingegneria Biomedica cercherò in questo post di rendere noto ai lettori e agli appassionati, con un vocabolario semplice e comprensibile a tutti, i molteplici aspetti positivi e terapeutici che questo campo tecnologico può avere sulla vita degli organismi viventi e sui molteplici scopi e usi che esso può avere.

PERCHE’ UTILIZZARE I BIOMATERIALI IN AMBITO MEDICO

L’utilizzo in ambito medico dei biomateriali nasce dall’esigenza di fornire mezzi e dispositivi adatti ad assolvere compiti ben precisi che gli organismi viventi eseguono in maniera spontanea e naturale mediante processi di metabolismo cellulare, inoltre per ottimizzare tali processi quando i tessuti naturali deteriorano e non permettono all’organismo di rispondere in modo ottimale alle sollecitazioni cui ogni giorno vengono sottoposti. I biomateriali vengono largamente usati nella progettazione di dispositivi protesici di vario tipo strutturale e funzionale. Dunque lo studio dei materiali e la ricerca, negli anni, sono state in grado di affrontare problematiche di non poco conto e, grazie all’intervento dell’ingegneria, nello studio dei tessuti biologici e dei materiali, sono stati in grado di sfondare muraglie concettuali di enormi proporzioni ancorate a metodologie mediche e ambulatoriali vecchissime.  

Il concetto di biomateriale nell’uso comune del termine viene spesso frainteso, nel senso che viene inteso come un mezzo di connessione tra un materiale inerte presente in natura e messo a contatto con un organismo biologico, tuttavia la definizione di tale categoria di materiali non è poi cosi semplice da comprendere se non si hanno ben chiari alcuni concetti. 

COS’E’ UN BIOMATERIALE?   

Un biomateriale è un dispositivo che gode di specifiche peculiarità quali biocompatibilità, biodegradabilità, riassorbibilità. Non solo il dispositivo deve essere compatibile morfologicamente con il tessuto che deve riprodurre, deve averne una struttura similare, nonché proprietà meccaniche idonee e funzionali alle sollecitazione cui viene sottoposto, deve rendersi biodegradabile e quindi,  con il tempo, ridursi in sostanze più semplici in grado di essere riassorbite dall’organismo ospitante. Per poter soddisfare tali requisiti fondamentali la ricerca e il progresso tecnologico si sono spinti in un mondo vasto e ancora sconosciuto per molti aspetti nell’ambito dell’ingegneria dei tessuti e dello studio dei materiali, il mondo dei materiali compositi polimerici. 

MATERIALI POLIMERICI 

Un materiale composito possiede una struttura articolata in due fasi denominate matrice e rinforzo, ciascuna delle quali ha un preciso compito e una precisa risposta alle sollecitazioni meccaniche e deformative. Nel caso di materiali polimerici si fa riferimento a dei tipi di materiali costituiti per struttura da catene di polimeri dell’ordine dei nano\micro metri capaci di mostrare diverse caratteristiche meccaniche anche a temperature elevatissime. Gli strumenti a disposizione della scienza moderna ci permettono di progettare dispositivi in materiale composito per svariati ambiti di utilizzo, dal kevlar per il rinforzo di giubbotti antiproiettile alle riproduzioni di femori fibrorinforzati. La peculiarità di un materiale composito sta nella possibilità di conferire ad un eventuale dispositivo protesico diverse proprietà quali durezza, rigidità, resilienza, elasticità, duttilità, e allo stesso tempo rendere il dispositivo leggero, proprietà non sempre conciliabile con le altre scritte pocanzi, che si possono registrare durante i test statici e dinamici di risposta a trazione e a compressione effettuati su alcuni campioni di materiali. Si pensi che la riproduzione di tessuti viventi come tendini e legamenti viene effettuata con un materiale chiamato polietilene tereftalato o più comunemente con l’acronimo PET, un particolare materiale composito termoplastico appartenente alla famiglia dei poliesteri. Uno strumento tecnologico di altrettanta importanza che ha permesso di poter progettare e riprodurre fisicamente protesi polimeriche è la stampa 3D, grazie alla quale è possibile stampare pezzi riprodotti di tessuti ossei o cartilaginei, con materiali biocompatibili e biodegradabili, impiantabili nell’organismo.   

 

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IMPIEGO DEI MATERIALI VISCOELASTICI 

Al fine di riprodurre nel miglior modo tessuti viventi con particolari esigenze meccanico-deformative, si sceglie di progettare dispositivi con materiali classificabili come viscoelastici, cioè materiali che rispondono, in base al tempo in cui quest’ultimi vengono sottoposti a sollecitazioni (dunque dalla velocità di deformazione) e a come esse vengono dirette sulla sua superficie, in modo viscoso o in modo elastico e talvolta in modo contemporaneo, una via di mezzo tra il comportamento elastico di un materiale e quello viscoso. La particolare peculiarità di questa categoria di materiali trova largo uso nella progettazione di apparecchiature e sistemi di ritenuta antinfortunistica.   Da appassionato spero di aver fornito un’ampia visione sui concetti e sui progressi della ricerca scientifica in tale ambito, nonché sulle molteplici sfaccettature che i materiali, ed in particolar modo i biomateriali, mostrano in base alla loro struttura costitutiva , sulla possibilità di formare nuovi materiali con nuove proprietà apparentemente contrastanti tra loro e sull’utilizzo di tali materiali in vari ambiti e soprattutto in quello medico.  Spero di avere altre occasioni per far conoscere ai lettori il mondo della Biomedica e delle apparecchiature biomedicali e i benefici che questa branca dell’ingegneria può fornire alle persone migliorandone notevolmente le aspettative di vita.   

Per soddisfare la vostra sete di conoscenza e scoprire tante altre tematiche interessanti, vi invito a seguire la pagina del progetto:  <davinciproject.   

Fonti:

[Polimeri sovramolecolari - un possibile biomateriale per parti umane](https://cordis.europa.eu/news/rcn/36187_it.html)

[Struttura di un materiale nanocomposito rinforzato]( https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Nanocomposito_polimerico_isodimensionale.jpg )