2.2 Applicazioni per tessuti duri
2.2.5 Altre protesi particolari
• Innesti vascolari: Gli innesti vascolari in PET hanno principalmente successo nella sostituzione dei vasi sagnguigni con diametro 12-38 mm. Un problema importante da tenere in considerazione per gli innesti vascolari è la reazione tra la superficie del materiale e il sangue, che può causare distruzione delle cellule del sangue e tromboembolia. La biocompatibilità delle fibre di PET con i tessuti dell’ospite è considerata accettabile, l’assorbimento di PET da parte delle proteine e delle piastrine è minimo, tuttavia, è trombogenico. Gli innesti vascolari in PET sono ricoperti con cellule endoteliali per ridurre il carattere tromogenico. Innesti con PTFE espanso (o Gore Tex) è ampiamente usato per innesti vascolari con diametro kedio (6-12 mm). Attualmente, gli innesti sono fabbricati con un processo di estrusione modificato, così da poter consentire la microporosità della struttura, che fa in modo di dare agli innesti le stesse proprietà meccaniche dei vasi sanguigni ospitanti.
• Impianti femorali,anca e ginocchio, protesi totale d’anca (Total Hip Resurfacing): La protesi totale dell’anca (o THR) è l’articolazione artificiale più comune degli esseri umani.Ad esempio, oltre 150.000 protesi totali d’anca vengono eseguiti ogni anno solo in USA.Gli studi sugli animali hanno indicato che il composito CF/PEEK suscita una risposta minima del tessuto muscolare, confermando una stabilità meccanica del composito fino a 6 mesi, ma
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a causa della complessità delle geometri delle protesi d’anca, dei carichi e delle proprietà dei compositi, gli impianti dovranno raggiungere in vivo prestazioni ben più durature rispetto ai test di laboratorio.16 I tradizionali impianti in metallo, ceramica e polimeri attualmente impiegati per la sostituzione totale o parziale di anca e ginocchio sono visti da molti chirurghi e pazienti come impianti di ragionevole successo, con un tasso di sopravvivenza nella popolazioneanziana superiore al 90% a 10 anni. Quindi, le esigenze cliniche si sono concentrate sull’ampliamento della longevità degli impianti esistenti (per le persone anziane) e sull’estensione del successo clinico delle protesi articolari di pazienti più giovani e attivi.
Anche nel caso di impianti femorali, d’anca o ginocchio, i biomateriali PEEK hanno rappresentato un’ottima alternativa alle leghe metalliche.
Le protesi d’anca isoelastiche intendono replicare la rigidità del femore per ridurre lo stress di schermatura del carico e migliorare il fissaggio dell’impianto.
Il primo impianto di anca isoelastica, clinicamente impiantato nel 1973 in Svizzera, era costituito da una resina copolimerica acetalica con un nucleo metallico conico. Questo dispositivo venne inserito senza cementazione, impiegando delle viti per il fissaggio. La scarsa tecnica clinica e i
micromovimenti eccessivi di questa tipologia di protesi hanno portato allo sviluppo di una seconda e di una terza generazione di protesi d’anca isoelastiche cementate, che differiscono dalla prima generazione per la forma geometrica, pur mantenendo la stessa interfaccia copolimerica poliacetale. Sono stati concepiti dai produttori ortopedici diversi disegni di staminali d’anca in materiale
composito. Per esempio, lo stelo Bradley (Orthodynamics, Ltd., Dorset, UK) è stato sviluppato nel 1986; questa configurazione di composito era costituito da un nucleo metallico conico, avente lo strato esterno in CFR-PEEK; inoltre, il dispositivo veniva rivestito con HA in maniera prossimale. Altri disegni di stelo femorale sono rappresentati da impianti costituiti in un nucleo di titanio rivestito in PEEK-OPTIMA, ed ulteriormente rivestito in titanio, oppure dallo stelo Epoch, sviluppato da Zimmer, Inc. (Warsaw, IN).
Lo stelo Epoch è costituito da tre parti: un’anima interna in lega CoCr forgiato, uno strato intermedio in resina PEKEKK (UltraPek, BASF Corporation) ed uno strato esterno in pura fibra metallica di Ti, la quale favorirebbe la crescita esterna dell’osso di contatto.
Una delle configurazioni più recenti prevede uno stelo composito sviluppato utilizzando materiale PEEK come strato termoplastico della struttura.
Sebbene, negli ultimi 40 anni, siano stati sperimentati e valutati una grande varietà di polimeri per questa applicazione, il PEEK ha dimostrato essere l’unico polimero con la giusta combinazione di
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proprietà maccaniche, biocompatibilità, fabbricabilità e disponibilità costante durante tutto questo lasso di tempo.
A parire dal 1990, i compositi CFR-PEEK sono stati impiegati anche per la sostituzione totale o parziale dell’articolazione del ginocchio, e sono stati paragonati con UHMWPE (materiale impiegato per queste applicazioni dal 1962), pur tenendo in considerazione il fatto che i materiali compositi non devono essere impiegati come componente tibiale per una sostituzione totale del ginocchio.
Tuttavia, la comunità ortopedica è sempre impegnata nella continua ricerca di superfici di supporto alternative, a causa delle preoccupazioni generate dal problema clinico dell’osteolisi indotta
dall’usura o dai detriti.
I dati clinici finora disponibili in letteratura sostengono l’efficacia a breve termine del CFR-PEEK come materiale portante per la sostituzione dell’anca; tuttavia, in un design tradizionale di
sostituzione totale dell’anca, non è dimostrato un vantaggio clinico a lungo termine del CFR-PEEK, rispetto ad altre alternative.
I componenti acetabolari contemporanei sono a forma emisferica, così da permettere una distribuzione uniforme delle sollecitazioni sull’acetabolo.
Uno dei primi esempli applicativi degli impianti acetabolari a ferro di cavallo, costituito da un guscio esterno in CFR-PBT ed un rivestimento interno in UHMWPE, è stato sviluppato da Mr. Richard Field e Neil Rushton all’università di Cambridge, con lo scopo di ripartire la distribuzione fisiologica del carico nell’acetabolo stesso. Tale disegno riduce lo stress dovuto alla schermatura del carico, che potrebbe compromettere la fissazione dell’impianto, e faciliterebbe la migrazione dei detriti, che potrebbero causare usura dell’osso periprotesico.
E’ noto che protesi in lega Cr-Co faciliti maggiormente il riassorbimento osseo prossimale alla protesi, rispetto a quelle in titanio.
Sulla base dell’incoraggiante storia clinica della Coppa Cambridge, è stato disegnato un nuovo modello con rivestimento in CFR-PEEK (Coppa Mitch: Stryker SA, Montreux, Svizzera).
La Coppa Mitch a ferro di cavallo è composta da fibre ceramiche, miscelate al 30% con una resina PEEK. La superficie posteriore della Coppa Mitch è dotata di “pinne” per agevolare la stabilità iniziale, inoltre, per garantire una stabilità ossea a lungo termine, la superficie posteriore riceve una spruzzatura al plasma, inizialmente di Ti e poi di HA: il doppio strato del rivestimento è
compatibile con il PEEK.
Lo spessore totale della componente acetabolare della Coppa Mitch è di circa 2mm.
• Impianti spinali: I biomateriali PAEK furono introdotti per la costruzione di gabbie spinali nel 1990, per stabilizzare la colonna anteriore del lombare o la colonna vertebrale cervicale
e facilitare la fusione con l’osso, come trattamento per il mal di schiena derivante da malattie degenerative del disco e/o instabilità spinale. A causa dei requisiti meccanici di carico di questi impianti permanenti, i chirurghi che hanno contribuito a sviluppare la fusione intersomatica lombare posteriore (PLIF) della gabbia, Arthur Steffee e John Brantigan, inizialmente hanno immaginato un dispositivo in titanio che permettesse all’osso di crescere attraverso una fenestrazione colonnare nel dispositivo. Però questo progetto iniziale presentava due inconvenienti: la rigidità del dispositivo del titanio, che potr promuovere lo stress di schermatura del carico, e la radiopacità della struttura, che ostacolerebbe la valutazione diagnostica della crescita ossea.
Il successo clinico e commerciale di questo dispositivo medico, conosciuto come gabbia Brantigan, dopo il suo campione chirurgico primario, ha gettato le basi per l’attuale utilizzo degli impianti spinali in PEEK (Fig.29).
Fig.29 (a) Gabbia Brantigan in CFR
dinamica posteriore della colonna vertebrale con aste in PEEK (
Inizialmente, diverse resine termoplastiche ad alte prestazioni sono state prese in considerazione come materiale da impiegare per la gabbia Brantigan, tra cui PEK,PEEK,PEKEKK e
Sebbene il PEEK ed il PEKEKK siano stati giudicati estremamente simili in termini di
biocompatibilità e di idoneità per applicazioni su impianti della colonna vertebrale, il PEKEKK ha una maggiore resistenza alla trazione ed una più alta temperatura d
Nella procedura PLIF, il materiale d’innesto osseo viene posizionato tra due vertebre adiacenti (spazio intervertebrale) per favorire la crescita dell’osso che unisce le due strutture (fusione).
e facilitare la fusione con l’osso, come trattamento per il mal di schiena derivante da del disco e/o instabilità spinale. A causa dei requisiti meccanici di carico di questi impianti permanenti, i chirurghi che hanno contribuito a sviluppare la fusione intersomatica lombare posteriore (PLIF) della gabbia, Arthur Steffee e John izialmente hanno immaginato un dispositivo in titanio che permettesse all’osso di crescere attraverso una fenestrazione colonnare nel dispositivo. Però questo progetto iniziale presentava due inconvenienti: la rigidità del dispositivo del titanio, che potr promuovere lo stress di schermatura del carico, e la radiopacità della struttura, che ostacolerebbe la valutazione diagnostica della crescita ossea.
Il successo clinico e commerciale di questo dispositivo medico, conosciuto come gabbia Brantigan, il suo campione chirurgico primario, ha gettato le basi per l’attuale utilizzo degli impianti
in CFR-PEEK; (b) radiografia laterale di una Gabbia Brantigan nna vertebrale con aste in PEEK (KURTZ – DEVINE 2007, pp.
Inizialmente, diverse resine termoplastiche ad alte prestazioni sono state prese in considerazione come materiale da impiegare per la gabbia Brantigan, tra cui PEK,PEEK,PEKEKK e
Sebbene il PEEK ed il PEKEKK siano stati giudicati estremamente simili in termini di
biocompatibilità e di idoneità per applicazioni su impianti della colonna vertebrale, il PEKEKK ha una maggiore resistenza alla trazione ed una più alta temperatura di transizione vetrosa.
Nella procedura PLIF, il materiale d’innesto osseo viene posizionato tra due vertebre adiacenti (spazio intervertebrale) per favorire la crescita dell’osso che unisce le due strutture (fusione).
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e facilitare la fusione con l’osso, come trattamento per il mal di schiena derivante da del disco e/o instabilità spinale. A causa dei requisiti meccanici di carico di questi impianti permanenti, i chirurghi che hanno contribuito a sviluppare la fusione intersomatica lombare posteriore (PLIF) della gabbia, Arthur Steffee e John izialmente hanno immaginato un dispositivo in titanio che permettesse all’osso di crescere attraverso una fenestrazione colonnare nel dispositivo. Però questo progetto iniziale presentava due inconvenienti: la rigidità del dispositivo del titanio, che potrebbe promuovere lo stress di schermatura del carico, e la radiopacità della struttura, che
Il successo clinico e commerciale di questo dispositivo medico, conosciuto come gabbia Brantigan, il suo campione chirurgico primario, ha gettato le basi per l’attuale utilizzo degli impianti
Gabbia Brantigan; (c) stabilizzazione
DEVINE 2007, pp. 4858-4859)
Inizialmente, diverse resine termoplastiche ad alte prestazioni sono state prese in considerazione come materiale da impiegare per la gabbia Brantigan, tra cui PEK,PEEK,PEKEKK e PS.
Sebbene il PEEK ed il PEKEKK siano stati giudicati estremamente simili in termini di
biocompatibilità e di idoneità per applicazioni su impianti della colonna vertebrale, il PEKEKK ha i transizione vetrosa.
Nella procedura PLIF, il materiale d’innesto osseo viene posizionato tra due vertebre adiacenti (spazio intervertebrale) per favorire la crescita dell’osso che unisce le due strutture (fusione).
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L’innesto osseo funge da ponte, o impalcatura, sul quale il nuovo osso può crescere.
L’obiettivo principale di questo tipo d’intervento è quello di ripristinare la stabilità della colonna vertebrale. Attualmente, l’approccio PLIF rappresenta un approccio chirurgico poco invasivo. Questa procedura permette al chirurgo di praticare piccole incisioni e di separare delicatamente i muscoli che circondano la colonna vertebrale, anzichè sezonarli; la colonna vertebrale è stabilizzata sia dalla gabbia ossea, sia da viti peduncolari e tiranti assiali o piastre.
Nella Fig.29b, viene mostrata una radiografia laterale rappresentante una fusione solida passante attraverso le finestature di una gabbia Brantigan; generalmente, anche se la tomografia
compiuterizzata (CT) generalmente fornisce una valutazione più attendibile rispetto alla fusione di diverse radiografie piane.
La compatibilità di polimeri PAEK con la diagnostica per immagini cliniche è stata il fattore principale per la diffusa adozione di questa famiglia di polimeri per applicazioni spinali.
Anche se molte riviste scientifiche descrivono l’uso di CFR-PEEK per impianti spinali, numerosi studi prevedono anche l’uso di PEEK pulito, sia per le gabbie spinali cervicali che lombari.
Recenti studi con gabbie PEEK hanno cercato di migliorare le prestazioni di fusione, o accelerarle combinando l’uso di HA, 40%β-TCP/60%HA o rhBMP-2 su una spugna di collagene.17
• Applicazioni dentali
• Altre protesi articolari: altre protesi particolari sono caviglia, spalla gomito, polso e articolazioni delle dita. I possibili fallimenti di questo tipo di protesi sono da attribuirsi ai limitati punti disponibili per la fissazione, all’insufficienza di supporto legamentoso e alle forti sollecitazioni sulle protesi stesse. Per migliorare le proprietà di resistenza alla flessione e allo strappo della gomma siliconica, è stata rinforzata con tessuti PET. Gli innesti ossei sintetici sono necessari per riempire difetti ossei o per sostituire ossa fratturate. Il materiale di innesto osseo deve essere sufficientemente forte e rigido, ed anche in grado di legarsi alle ossa residue. Il PE è considerato biocompatibile per il suo soddisfacente impiego per protesi d’anca, ginocchio e protesi articolari per molti anni.18
17 KURTZ – DEVINE 2007, pp. 4857-4860. 18