Con la crescente domanda di protesi medicali e le possibili complicanze, come le infezioni, si è individuata la necessità di sviluppare nuovi biomateriali che possano offrire caratteristiche migliori di quelle attuali. Mentre gli attuali impianti in titanio ripristinano la mobilità in molti pazienti, questi sono ancora soggetti a complicanze. Una nuova scoperta potrebbe diminuire tali problematiche semplicemente aggiungendo del gallio nella lega metallica.

Nuovo studio sulle protesi all’anca

Il nuovo studio sviluppa e valuta nuove leghe a base di titanio contenenti aggiunte di gallio con l’obiettivo di offrire proprietà antibatteriche benefiche pur avendo un livello di rigidità ridotto per diminuire il più possibile l’effetto stress a contatto con l’osso.
Indipendentemente dal fatto che l’impianto sostituisca un’anca o un ginocchio, c’è un confine distinto in cui il dispositivo in titanio incontra il tessuto osseo naturale del paziente.

Problematiche attuali degli impianti

Se i batteri colonizzassero la superficie dell’impianto su quell’interfaccia di contatto (protesi-osso naturale), si potrebbe verificare un’infezione che alla fine causerà il fallimento dell’impianto. Una volta che ciò è accaduto, sarà necessario un secondo intervento chirurgico. Un altro potenziale problema deriva dal fatto che il tipo di titanio più spesso utilizzato per gli impianti, Ti-6Al-4V, è più rigido dell’osso. Ciò significa che l’impianto non si flette tanto quanto l’osso a cui è attaccato, portando allo stress nell’interfaccia tra i due. Non solo questo può causare il fallimento del contatto nel tempo, ma può anche essere una fonte di dolore per il paziente.

Possibili risoluzioni scovate nel nuovo studio

Nel tentativo di affrontare entrambi questi problemi, recentemente un team di ricercatori ha aggiunto gallio (Ga) alla lega Ti-6Al-4V. Non solo il metallo è noto per possedere qualità antibatteriche, ma è anche più flessibile del titanio (Ti). Tuttavia, i ricercatori hanno aggiunto solo una minima quantità di gallio. Una delle leghe create Ti/Ga presentava solo il 3% di gallio, mentre l’altra solo il 5%. Ai fini dello studio, i campioni hanno assunto la forma di aste, non di impianti per facilitarne le analisi delle proprietà.

Analisi raccolte dallo studio sulle protesi all’anca

Se esposte ai batteri Pseudomonas aeruginosa, che spesso infettano gli impianti, le due nuove leghe hanno presentato un tasso antimicrobico rispettivamente di 90% (+/- 5%) e di 95% (+/-3%), questo per un periodo di sei ore. Al contrario, un campione di controllo di titanio Ti-6Al-4V ha dimostrato un tasso molto piccolo del 3% (+/-2%). È importante sottolineare che l’effetto antibatterico delle due leghe Ti/Ga è continuato dopo l’iniziale degradazione di sei ore e non sono stati osservati effetti dannosi sulle cellule umane in un periodo di 24 ore. Inoltre, si sono rilevati dei miglioramenti sulla resistenza, il modulo di Young per il 3% di gallio e per il 5% è stato rispettivamente del 37% e del 44%. Questo risultato dovrebbero alleviare in modo significativo gli effetti di schermatura dello stress e il riassorbimento osseo, con conseguente riduzione al minimo interventi chirurgici di revisione e diminuzione del fallimento dell’impianto rispetto a Ti-6Al-4V.  Il modulo di Young è una misura di quanto sia facile piegare un materiale.

Conclusioni e prospettive future

In conclusione, le due nuove leghe non sono deboli. La loro durezza, che è la loro capacità di resistere alla deformazione superficiale, è appena al di sotto di quella di Ti-6Al-4V. Ulteriori ricerche potrebbero aumentare la loro durezza. Questi risultati, abbinati alle proprietà meccaniche e all’esclusione di qualsiasi elemento tossico, indicano la potenziale applicazione di entrambe le leghe come materiali biomedici promettenti che potrebbero migliorare i risultati del paziente. Rispetto alle protesi esistenti, l’aggiunta di gallio produce un materiale superiore con proprietà antibatteriche per migliorare i risultati del paziente riducendo al contempo il potenziale dolore, le complicanze mediche e il fallimento dell’impianto a lungo termine.