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Gli impianti, dispositivi molto utilizzati negli interventi chirurgici ortopedici, maxillo-facciali e orali, sono solitamente composti da leghe metalliche. Il processo di innesto prevede di norma la perforazione di un osso prima del loro inserimento, a cui fa seguito una fase iniziale di fissaggio mediante sollecitazione (pressione). Affinché l’impianto abbia successo e rimanga saldo al suo posto, è necessario che l’osso circostante guarisca.
«Se tutto va bene, l’impianto resta fisso nella sua posizione molto a lungo, potenzialmente per sempre», spiega Guillaume Haiat, direttore della ricerca presso il CNRS e coordinatore del progetto BoneImplant. «In caso contrario, si attiva una specie di circolo vizioso: una guarigione non ottimale determina la fragilità dell’interfaccia, una condizione che a sua volta dà origine a micromovimenti tra l’osso e l’impianto», afferma. Questi movimenti impediscono la guarigione, causando in definitiva il fallimento dell’impianto.
Nell’ambito del progetto BoneImplant, finanziato dal Consiglio europeo della ricerca (CER), Haiat ha guidato un consorzio di ricercatori che ha sviluppato metodi di quantificazione innovativi per monitorare il successo degli impianti. La ricerca è stata concepita al fine di esercitare impatti pratici sui pazienti e i risultati del progetto hanno condotto direttamente alla fondazione di nuove start-up attive nel settore biomedico.
Modellizzazione, chirurgia e quantificazione
Innanzitutto, l’équipe ha impiegato una serie di tecniche di modellizzazione al computer per creare complesse simulazioni degli impianti. Tra queste figurava l’analisi della dinamica dei fluidi nelle cavità nanoscopiche, piccoli fori nell’osso che rivestono una fondamentale importanza nel processo volto alla sua guarigione, ovvero i fenomeni di rimodellamento.
«Sebbene il preciso meccanismo alla base di questo rimodellamento non sia ben chiaro, sappiamo che è legato ai flussi dei fluidi presenti in queste cavità in quanto tali movimenti costituiscono le modalità con cui la cellula percepisce la sollecitazione provocata dall’impianto e reagisce di conseguenza», spiega Haiat.
Dato che il progetto è stato concepito con l’obiettivo di andare al di là dei progressi scientifici ed esercitare un impatto di tipo pratico, i ricercatori si sono inoltre avvalsi della chirurgia sperimentale per consentire il monitoraggio diretto degli impianti. Per lo svolgimento degli interventi chirurgici è stato impiegato un nuovo tipo di impianto, a forma di moneta, appositamente progettato per realizzare questi esperimenti.
«Per effettuare le misurazioni in un modo relativamente semplice e riproducibile, partiamo da una condizione standardizzata. Se vogliamo comprendere cosa sta accadendo, questo presupposto è molto importante», osserva Haiat.
La terza parte del progetto si è incentrata sullo sviluppo di tecniche di misurazione sperimentali di tipo multimodale, volte a quantificare ed estrarre i dati dagli impianti recentemente installati. Tra di esse figuravano la microtomografia a neutroni, la spettroscopia Raman e un’innovazione messa in campo dal progetto BoneImplant: «Siamo i primi ad aver utilizzato gli ultrasuoni per analizzare l’interfaccia dell’impianto osseo», aggiunge Haiat.
Fondare nuove start-up
«In questo progetto, oltrepassiamo la scienza fondamentale per giungere sino al letto del paziente», dichiara Haiat. «Ciò significa che creiamo aziende e dispositivi medici con l’obiettivo di migliorare effettivamente la salute dei pazienti e di fornire medicina personalizzata.»
I risultati del progetto hanno portato alla costituzione di due start-up. WaveImplant, operativa già da qualche anno, ha prodotto un dispositivo medico che si avvale degli ultrasuoni quantitativi per misurare la stabilità degli impianti dentali. I chirurghi possono ricorrere a questo sistema per decidere come adattare i propri interventi. Secondo le previsioni, la fase di sperimentazione clinica sugli esseri umani avrà inizio l’anno prossimo.
ImpacTell, la compagnia più recente, è stata istituita nel novembre del 2022. Questa start-up impiega gli innovativi metodi acustici sviluppati durante il progetto per misurare la stabilità delle protesi d’anca. I chirurghi, quando installano un impianto, vengono guidati da rumori specifici che ne indicano la stabilità, perlopiù sulla base della loro propriocezione. «Il dispositivo che abbiamo creato aiuta a quantificare questa sensazione», aggiunge Haiat. L’inizio delle sperimentazioni cliniche è previsto per il 2025.
Ispirare collaborazioni a livello internazionale
BoneImplant ha previsto collaborazioni con ricercatori provenienti da numerosi paesi, tra cui la Corea e la Francia, configurandosi come un progetto internazionale. Il CER ha contribuito all’assunzione di un ricercatore postdottorato sudcoreano presso il laboratorio di Haiat, il che ha portato all’istituzione di un ulteriore progetto finanziato congiuntamente dal governo francese e da quello coreano.
Per di più, grazie al sostegno dell’UE e al successo riscosso dal progetto, Haiat sta ora dirigendo un laboratorio franco-canadese in cui lavorano oltre 50 scienziati, impegnati a dare seguito a BoneImplant. «Tutto ciò è possibile anche grazie al CER, oltre che al riconoscimento europeo», conclude Haiat.