Giovanni ValdrèUniversità di Bologna

Dip. Scienze della Terra

Giovanni ValdrèUniversità di BolognaUniversità di Bologna

DipDip. Scienze della Terra. Scienze della Terra

MINERALI E MATERIALI MINERALI E MATERIALI NANOSTRUTTURATINANOSTRUTTURATIIN BIOMEDICINA IN BIOMEDICINA

ED ALTRE APPLICAZIONIED ALTRE APPLICAZIONI

DEFINIZIONIDEFINIZIONIDEFINIZIONI

PROPRIETA’PROPRIETA’PROPRIETA’

Dependence Dependence of of coercivity coercivity on the on the particle particle diameter diameter D D for various magnetic materialsfor various magnetic materials

A very wide variety of synthesis and processing methods for the creation of nanostructured materials are nowadays available.

They include synthesis from:

1) Atomic or molecular precursors (chemical or physical vapour deposition; evaporation and gas-condensation; chemical precipitation; aerosol reaction; biological templating)

2) Processing of bulk precursors (mechanical alloying; crystallisation from amorphous state; phase separation)

3) Nature (biological system) and MINERALS

SynthesisSynthesis and processingand processing

Cluster assemblyCluster assembly

Production rate about 2-3 g/day

Inert gas condensation

APPLICAZIONI BIOMEDICHEAPPLICAZIONI BIOMEDICHE

I NANOMINERALII NANOMINERALI

Biomateriali: GENERALITA’Biomateriali:Biomateriali: GENERALITAGENERALITA’’

Biomateriali in medicinaBiomateriali in medicinaBiomateriali in medicinaI sostituti ossei disponibili ad oggi sul mercato sono rappresentati

essenzialmente da:

1) CERAMICI DI FOSFATO DI CALCIO, generalmente fabbricati a partire da compattazione di polveri associata ad unprocesso termico. (Tri-CF, HA, e misti). HA di origine sintetica o biologica (bovino, suino).

2) CEMENTI IONICI INIETTABILI. Indurimento della pasta per idrolisi o cristallizzazione di un sale acido o basico.

3) COMPOSITI (ottenuti princ. da collagene suino e fosfati di calcio).

4) CORALLO (architettura porosa per l’osteoconduzione)

5) POLIMERI DI SINTESI e BIOVETRI

TESSUTO OSSEO

SMALTO

DENTINA

CEMENTUM

Caratteristiche dei Biominerali umaniCaratteristiche dei Biominerali umani

I biominerali umani sono, a diverso grado, nanocompositi sostanza organica-nanocristalli fosfatici.

Tess. Osseo

Smalto

Dentina

BiomimetismoBiomimetismoBiomimetismo

INGEGNERIA TISSUTALE

COPIA SINTETICA DI STRUTTURE BIOLOGICHE

UTILIZZO DI NANOMINERALI BIOLOGICI

ESEMPIO DI APPLICAZIONI ESEMPIO DI APPLICAZIONI

IN PARODONTOLOGIAIN PARODONTOLOGIA

XRD of microcrystalline apatiteXRD of microcrystalline apatite

Spettro XRD di apatite nanocristallina. Spettro XRD di apatite nanocristallina.

FT-IR of microcrystalline apatiteFT-IR of microcrystalline apatite

FT-IR di apatite nanocristallinaFT-IR di apatite nanocristallina

Immagine SEM di apatite nanocristallina.Immagine SEM di apatite nanocristallina.

Nanocrystalline hydroxyapatiteNanocrystalline hydroxyapatite

100 µm

I risulati hanno mostrato che l'applicazione delle nanoidrossiapatiti su campioni di radice dentale demineralizzata, ha permesso di riprodurre in vitro la morfologia fisiologica delcementum sano.

Utilizzando trattamenti acidi prima e dopo l'applicazione delle nanoidrossiapatiti è possibile ricostruire la superficie minerale della radice con cementum con caratteristiche simili a quelle sane in termini di porosità, spessore, compattezza e adesione.

RISULTATIRISULTATIRISULTATI

ESEM of etch pits on enamel surfaceESEM of etch pits on enamel surfaceSTUDIO IN VITROSTUDIO IN VITRO

ESEM of nanocrystalline apatite applied to enamel surfaceESEM of nanocrystalline apatite applied to enamel surface

STUDIO IN VITROSTUDIO IN VITRO

10 µm

Sound CementumSound CementumSTUDIO IN VITROSTUDIO IN VITRO

Caratteristiche morfologiche del cementum sano (SEM)Caratteristiche morfologiche del cementum sano (SEM)STUDIO IN VITROSTUDIO IN VITRO

AFM plane view of the surface of sound cementumAFM plane view of the surface of sound cementum

STUDIO IN VITROSTUDIO IN VITRO

Immagine AFM in 3D di superficie di cementum sanoImmagine AFM in 3D di superficie di cementum sano

STUDIO IN VITROSTUDIO IN VITRO

Diseased cementum surfaceDiseased cementum surface

10 µµµµm

STUDIO IN VITROSTUDIO IN VITRO

STUDIO IN VITROSTUDIO IN VITROApposizione di nanoidrossiapatite a superfici radicolaripretrattate con ac. Citrico al 10%.Apposizione di nanoidrossiapatite a superfici radicolaripretrattate con ac. Citrico al 10%.

10 µµµµm

Other features of nanohydroxyapatite applied to pre-treated root surface with citric acidOther features of nanohydroxyapatite applied to pre-treated root surface with citric acid

STUDIO IN VITROSTUDIO IN VITRO

Apposizione di nanoidrossiapatite seguita da trattamento con ac. Citrico 10%. Apposizione di nanoidrossiapatite seguita da trattamento con ac. Citrico 10%.

STUDIO IN VITROSTUDIO IN VITRO

Test Test d’impiantazioned’impiantazione di di nanoidrossiapatite nanoidrossiapatite in tessuto molle animalein tessuto molle animale

A titolo di esempio è riportata un'applicazione dellaA titolo di esempio è riportata un'applicazione dellananoidrossiapatitenanoidrossiapatite nel trattamento chirurgico del nel trattamento chirurgico del difettodifetto infraosseo parodontaleinfraosseo parodontale con componente con componente verticale maggiore o uguale a 3 mm. verticale maggiore o uguale a 3 mm.

Il difetto è stato preparato con adeguata terapia di Il difetto è stato preparato con adeguata terapia di fase 1 e relativa riduzione di tutti gli indici clinicifase 1 e relativa riduzione di tutti gli indici cliniciparodontaliparodontali di malattia. di malattia.

Il difetto è statoIl difetto è stato degranulatodegranulato, la superficie radicolare , la superficie radicolare ben levigata e poi applicata laben levigata e poi applicata la nanoidrossiapatitenanoidrossiapatite senza senza compressione ecompressione e sovrariempimentosovrariempimento. . Sono in corso studiSono in corso studi multicentricimulticentrici cliniciclinici randomizzatirandomizzati e controllati.e controllati.

STUDIO IN VIVO NELL’UOMOSTUDIO IN VIVO NELL’UOMOSTUDIO IN VIVO NELL’UOMO

Questa ricerca ha mostrato che è possibile ricostruire attraverso l'utilizzo di nanoidrossiapatiti la struttura, le caratteristiche morfologiche e la natura chimico fisica delcementum sano.

L’utilizzo di questi biomateriali in trials clinici ha dimostrato in follow-up a 18 mesi, il quasi completo riempimento del difetto parodontale e l’ottimale giustapposizione del tessuto osseo alla superficie radicolare.

Le applicazioni delle nanoidrossiapatiti senza compressione esovrariempimento aprono nuove possibilità nel campo del trattamento della malattia parodontale.

CONCLUSIONICONCLUSIONICONCLUSIONI