Eternamente tuo

Siccome San Valentino è passato da poco, lasciatemi parlare del mio primo amore scientifico.

Era il lontano 2007 ed io, studente sprovveduto, ero in cerca di una possibile tesi di laurea. Lima Corporate, d'altro canto, era in cerca di qualcuno che potesse fare una serie di analisi su di un loro innovativo prodotto, il Trabecular Titanium. Se vi chiedete di cosa caspiterina stia parlando, il Trabecular Titanium è quella specie di spugna regolare di titanio che vedete in immagine e che viene utilizzata negli impianti ortopedici, in particolare nel caso di anca e spalla.

Il Trabecular Titanium è ottenuto con una tecnica di stampa in 3D. Non la stessa a filamento che potete comprare su Amazon a 300 euro, una cosetta un po' più sofisticata e che è basata su un fascio di elettroni. Si "scioglie" uno strato di polvere di titanio alla volta fino a quando non si realizza la forma completa. Un video introduttivo lo potete trovare qui.

Normalmente, la stampa 3D non ha molto mercato a livello industriale, se non nel caso di prototipi. Questo perché è una tecnica costosa e che, ancora oggi, produce pezzi con minore qualità complessiva (più difetti, tolleranze dimensionali peggiori, etc). Ha però il vantaggio di costruire forme che altrimenti sono molto difficili da realizzare, come ad esempio questa "spugna" che vedete. Ciascuno di quei pori ha un diametro di 0.6 mm e le singole porosità sono costruite in 3 dimensioni e non due. Il risultato è un materiale che per il 60% circa del volume è costituito di... aria. Una spugna, dicevo.

A cosa servono le spugne?

Oggettivamente ad un sacco di cose. Nel campo ortopedico però le spugne di titanio vengono utilizzate per il così detto processo di "osteointegrazione", ovvero per fare in modo che l'impianto ortopedico che il chirurgo vi infila si agganci bene all'osso circostante.

Al posto della spugna si può usare una speciale "colla", chiamata "cemento osseo" e formata principalmente da PMMA (plastica, insomma). Ultimamente però si tende ad evitare, dove possibile, perché a sua volta la colla può causare qualche problemino di salute oppure perdere forza con il passare degli anni.

Ci sono due tipi di fissazione (osteointegrazione) che avvengono senza usare la colla. Il primo è il più brutale ed è chiamato "fissazione primaria", e si ottiene con... Viti o altre diavolerie simili. Si mette il pezzo di metallo dove vogliamo che stia e poi si blocca sul posto infilando tutte le viti che servono nell'osso circostante. L'osso umano però non è un grande amante delle viti e con il tempo, se può, tende a ritirarsi, facendo perdere stabilità meccanica all'impianto (le viti diventano lasche).

In questo caso ci viene in aiuto la così detta "fissazione secondaria", che è appunto quella ottenuta con la spugna. E basata su un enorme ma fortunato errore concettuale.

L'idea delle spugne è che siano un'imitazione della forma dell'osso spongioso.

Dannazione, non ho ancora spiegato cosa sia l'osso spongioso.

Beh, il tessuto osseo è formato da due fasi, una "organica", principalmente collagene, vasi sanguigni ed altre amenità e un'altra "minerale" formata da cristalli di idrossiapatite. Se togliete tutta la robbaccia dall'osso vi resta una specie di spugna, piuttosto elastica. Se i buchi di questa spugna sono molto molto piccoli (al limite praticamente inesistenti) si parla di osso corticale. Se i buchi sono visibili, si parla di osso spongioso. Per spiegazioni più serie potete guardare questo video.

L'idea di copiare la struttura dell'osso per far credere al corpo che l'impianto sia una "cosa amica" (che è il modo in cui tante aziende presentano i loro prodotti, non me lo sono inventato io) è tanto interessante quanto sbagliata. La funzione della spugna di titanio non è quella di copiare l'osso, ma di lasciare dei "buchi" all'interno dei quali l'osso possa crescere in modo naturale. In tal senso, la spugna di titanio sostituisce i "vuoti" della spugna d'osso e non il "pieno".

Quando l'osso trova quei buchi nel titanio, dato che il titanio è un materiale che non gli da troppo fastidio, si infila dentro, garantendo la fissazione. Un po' come quando vedete un albero cresciuto attraverso una rete, da cui è ormai diventato inseparabile. Questa è la "fissazione secondaria" e, con un po' di fortuna, può durare una vita intera, garantendo stabilità all'impianto.

Tutto questo avveniva nel lontano 2007. I miei protocolli per la valutazione della struttura sono ancora utilizzati sia dall'azienda che dai laboratori che effettuano analisi per loro, cosa che mi rende abbastanza orgoglioso del mio lavoro.

Lima Corporate è stato un ottimo partner in questa fase della mia attività accademica e insieme abbiamo sviluppato un sacco di idee (alcune delle quali abbastanza folli). Immaginate la mia sorpresa quando otto anni dopo, negli Stati Uniti, mi sono trovato davanti ad una presentazione di una grande azienda del settore (diciamo 100 Lima Corporate) che vantava di aver appena prodotto il primo titanio trabecolare per applicazioni biomedicali, ottenuto per fusione con fascio di elettroni.

A presentare era un commerciale che ha liquidato rapidamente la mia domanda in merito con un "Chi ha mai sentito parlare di Lima Corporate?". Fortunatamente il chairman della sessione sì. Chairman che è intervenuto dicendo:

"Io ho sentito parlare di questo prodotto, e sono solo un chirurgo ortopedico. Voi non le fate le ricerche di mercato prima di vantarvi di essere i primi in qualcosa?"

Purtroppo succede spesso nella scienza. Di avere un'idea buona e vedersela portare via da un gruppo con più finanziamenti/personale/contatti/strumenti. O di scrivere un articolo per primi ma venir poi dimenticati perché uno scienziato dall'h-index pesante ne scrive altri 10 sullo stesso argomento a distanza di pochi mesi. Però la scintilla dell'innovazione, quel fremito di essere i primi ad aver veramente fatto o scoperto qualcosa... Quello non lo possono togliere, ve lo assicuro.