Ricercatori sviluppano la tecnologia per studiare il comportamento degli impianti senza test sugli animali

Un team internazionale di ricercatori composto da scienziati di NUST MISIS e dell'Università TU Dortmund ha sviluppato una tecnologia per studiare il comportamento degli impianti ortopedici in condizioni di laboratorio il più vicino possibile al corpo umano. La tecnologia è degna di nota per la sua etica: la ricerca può essere svolta in vitro, cioè senza coinvolgere animali da laboratorio. L'articolo di ricerca è stato pubblicato sul Journal of the Mechanical Behaviour of Biomedical Materials.

L'endoprotesi, che sostituisce le articolazioni o le ossa danneggiate con una protesi ad alta tecnologia, è un complicato intervento che utilizza i più avanzati materiali metallici, ceramici e polimerici. Qualsiasi materiale implantare viene sottoposto a numerosi test, inclusi quelli per la biocompatibilità e il comportamento in condizioni meccanicamente stressanti. Poiché i risultati di questi studi in contesti di laboratorio tradizionali sono molto diversi dai reali fattori di usura, gli impianti vengono posizionati in un animale da laboratorio per verificare il comportamento dell'impianto in un organismo vivente. Dopo un po 'di tempo, di solito circa un anno, l'impianto viene rimosso e vengono valutate la biocompatibilità e l'invecchiamento del materiale.

Gli scienziati del NUST MISIS Center for Composite Materials insieme ai colleghi dell'Università di Dortmund hanno sviluppato una tecnologia che consente loro di prevedere l'usura di materiali protesici sottoposti a stress meccanico in un ambiente paragonabile a quelli reali in cui i materiali vengono utilizzati. Un liquido che simula il plasma sanguigno umano sintetizzato ad hoc e un'installazione servo-idraulica ad alta tecnologia hanno così completamente sostituito la necessità di un campione dal vivo sperimentale.

L'UHMWPE biomimetico sviluppato dai ricercatori del NUST MISIS Center for Composite Materials è stato utilizzato come materiale di ricerca.

"Abbiamo fornito il materiale e proposto l'uso del plasma sintetico, e i nostri colleghi dell'Università TU Dortmund hanno sviluppato una tecnologia di test di fatica e condotto l'esperimento sulle loro attrezzature. Il materiale è stato sottoposto a due tipi di carichi meccanici che simulavano il carico del femore e della tibia: ciclici e statici. Grazie a questo esperimento, abbiamo dimostrato che è possibile prevedere il comportamento di un impianto ortopedico nel corpo umano in vitro, senza ricorrere a test sugli animali", ha dichiarato Fedor Senatov, Candidato di scienze fisiche e matematiche e assistente di ricerca presso la NUST MISIS Centro di materiali compositi.

"La nostra ambizione era offrire un'alternativa che riduce il numero di test sugli animali che sono inefficaci ed eticamente discutibili in termini di valutazione della fatica. L'opportunità di proporre un nuovo metodo che consenta ai ricercatori di testare i materiali implantari per la durabilità in laboratorio [era allettante]. In tutto il mondo, non esistono ancora standard per lo studio delle proprietà di fatica di un impianto in un ambiente biomimetico associato a rischi elevati di utilizzo di nuovi materiali. Lavoriamo con test che ci consentono di prevedere con precisione la durata di un materiale. Esperimenti simili sono già stati condotti da un gruppo di ricerca guidato dal professor Walter (noto capo del gruppo di ricerca dal lato tedesco) su impianti di metallo e ceramica. Per i polimeri, questo esperimento è unico e non ha analoghi nel mondo ", ha detto Marina Knyazeva, rappresentante del gruppo di ricerca dell'Università TU Dortmund.

L'economia del tempo è un altro vantaggio significativo della tecnologia proposta. Se la valutazione dell'invecchiamento chimico di un impianto in un organismo vivente richiede circa un anno, i test di durabilità richiedono decenni. Il processo di invecchiamento e usura chimica può essere significativamente accelerato in vitro. Se gli indicatori di usura non sono soddisfacenti, ciò sarà immediatamente evidente e sarà possibile continuare gli esperimenti con altri campioni.

Fonte: MISIS - National University of Science and Technology