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Studio di processi di osteointegrazione mediante diffrazione di raggi X

Informazioni tesi

  Autore: Mariagrazia De Caro
  Tipo: Tesi di Laurea
  Anno: 2005-06
  Università: Università degli Studi Roma Tre
  Facoltà: Scienze Matematiche, Fisiche e Naturali
  Corso: Fisica
  Relatore: Settimio Mobilio
  Lingua: Italiano
  Num. pagine: 89

La tecnica di diffrazione a raggi X e' una sonda su scala atomica che da' informazioni sulla qualita' microscopica del tessuto osseo, come lo stato di mineralizzazione e le fasi cristallografiche coinvolte.

In questo lavoro la tecnica di diffrazione da radiazione da sincrotrone (SR-XRD) e' stata usata per esaminare accuratamente la natura cristallografica del tessuto osseo nella regione circostante gli impianti al titanio al fine di studiare il processo di osteointegrazione, monitorando i cambiamenti nella microarchitettura che avvengono nelle prime fasi di formazione ossea attorno agli impianti.

Gli esperimenti SR-XRD sono stati condotti sulla linea GILDA dell’ESRF di Grenoble (Francia).

Gli impianti a vite in titanio sono stati inseriti nell’anca e nel seno mascellare di conigli e mantenuti in essi per due mesi ed un anno. I campioni di osso con titanio sono stati preparati in sottili fette ed i diffrattrogrammi sono stati raccolti in funzione della distanza dall’impianto.

I diffrattrogrammi sono stati acquisiti usando un set-up 2D a dispersione angolare basato su un rilevatore a larga area ”imaging plate”, adeguato per un raffinamento strutturale accurato ed una analisi sulla ”texture” delle particelle di osso mineralizzato.

I risultati XRD stabiliscono che il costituente principale dell’osso mineralizzato e' una fase cristallina tipo HAp. In funzione della distanza dall’impianto si osservano delle modifiche strutturali: lontano dagli impianti i picchi di diffrazione sono piu' stretti e l’intensita' degli anelli di diffrazione mostrano anisotropie che sono tipiche delle particelle di idrossiapatite di taglia grande e ben cristallizzate.

I picchi di diffrazione diventano piu' larghi e le anisotropie scompaiono a mano a mano che ci si avvicina alla regione circostante l’impianto in modo consistente con la presenza dell’osso piu' giovane ed immaturo nelle regioni di perimpianto. La risposta biologica dell’organismo all’impianto non differisce in modo significativo per impianti innestati nell’anca rispetto a quelli inseriti nella mascella.

Tuttavia i dati per gli impianti inseriti da un anno presentano effetti sul materiale osseo a distanze maggiori dall’impianto e, mediamente, si osservano cristalliti piu' piccoli: i processi fisiologici di adattamento dell’osso all’impianto richiedono un certo rimodellamento osseo con conseguente formazione di osso ”nuovo” che si estende progessivamente nelle regioni distanti dall’impianto.

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Introduzione L’osso e` un tessuto vivo che consiste in una matrice di fibre, rafforzata dal calcio, dal fosforo e da altri minerali. L’osso si modifica continuamente e continuamente si ripara. Questo processo e` denominato ”rimodellamento osseo”. La prima fase dello sviluppo osseo (ossificazione) e` un processo complesso in cui la cartilagine e` convertita in osso. Sebbene le fasi dello sviluppo dell’osso sono essenziali per determinare la qualita` dell’osso alcune questioni riguardanti il processo di evoluzione e crescita del tessuto osseo durante l’ossificazione rimangono tuttora aperte. Il processo di formazione-riassorbimento dell’osso e` governato da cellule con peculiarita` specifiche: ”osteoclasti” e ”osteoblasti”. Gli osteoclasti distruggono l’osso ”vecchio” per fare spazio a osso ”giovane”. L’osso ”giovane” e` formato dagli osteoblasti, che depositano tessuto osseo che successivamente si calcifica e si rafforza. Il componente primario dell’osso mineralizzato e` la bioapatite, un fosfato di calcio con struttura simile alla idrossiapatite. La bioapatite e` capace di immagazzinare e rilasciare calcio e fosforo ed e` per questo motivo che rappresenta una importante riserva mineraria per l’attivita` metabolica dell’intero organismo [13]. L’attivita` biochimica rende la composizione minerale dell’osso molto variabile dipendente dal metabolismo cellulare, dagli anni, dalla dieta e dalle malattie. Questi comportamenti rendono difficile stabilire univocamente la composizione e la struttura della bioapatite e spiegano il perche` nella letteratura si trovano ampie dispersioni nei risultati [12], [13]. La comprensione delle trasformazioni strutturali della bioapatite cos`ı come la funzione dei materiali precursori e` di grande interesse medico e biologico e motiva la grande attivita` di ricerca in questo campo. Il processo con cui un impianto (corpo estraneo) sito nell’osso, non sottoposto a carico, si integra nell’osso si chiama osteointegrazione. Il termine osteointegrazione, coniato alla fine degli anni ’60 da Per-Ingvar Bra¨nemark, professore svedese di biotecnologia applicata e` usato, in particolare, in odontoiatria per definire l’unione tra un osso e un iii

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Parole chiave

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diffrazione di raggi x
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idrossiapatite
impianti al titanio
metodo rietveld
osso
osteointegrazione
radiazione di sincrotrone
raggi x

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