Caratterizzazione meccanica di scaffold biodegradabili in magnesio, prodotti tramite Additive Manufacturing, per la rigenerazione del tessuto osseo

La rigenerazione del tessuto osseo rappresenta una delle principali sfide della chirurgia ortopedica e della medicina rigenerativa, in particolare nei casi di difetti ossei critici. In questo contesto, la Bone Tissue Engineering propone soluzioni innovative basate sull’impiego di scaffold tridimensionali biocompatibili in grado di supportare la formazione di nuovo tessuto. Tra i materiali più promettenti emergono le leghe di magnesio, grazie alle loro proprietà meccaniche, alla biocompatibilità e alla biodegradabilità. Il presente lavoro, sviluppato nell’ambito del progetto europeo REMAGIS, si propone di analizzare e confrontare diverse architetture di scaffold al fine di individuare configurazioni in grado di mimare il comportamento meccanico del tessuto osseo. A tal fine, è stato adottato un approccio computazionale basato sul metodo degli elementi finiti (FEM), utilizzando il software nTop per la progettazione e la simulazione di strutture reticolari complesse. Sono state considerate tre differenti geometrie: diamante, giroide e voronoi. Per ciascuna configurazione sono state eseguite simulazioni di compressione nelle tre direzioni principali, valutando la risposta meccanica in termini di distribuzione delle tensioni e delle deformazioni. Successivamente, è stata identificata la struttura più promettente ed è stato simulato un processo di degradazione progressiva dello scaffold in lega di magnesio, accompagnato dalla rigenerazione del tessuto osseo, analizzando l’evoluzione della risposta meccanica in diversi stadi di sostituzione del materiale. Infine, è stato sviluppato un caso studio applicativo sul calcagno umano, simulando una frattura intra-articolare trattata mediante l’inserimento di uno scaffold e valutandone il comportamento sotto differenti condizioni di carico fisiologico. I risultati evidenziano come la geometria interna dello scaffold influenzi significativamente le prestazioni meccaniche, permettendo di individuare configurazioni più compatibili con il comportamento dell’osso trabecolare. Le simulazioni di degradazione mostrano inoltre una variazione nella distribuzione delle tensioni durante il processo di rigenerazione, mentre il caso studio sul calcagno suggerisce un potenziale contributo degli scaffold nella redistribuzione dei carichi nella zona fratturata. In conclusione, lo studio dimostra l’efficacia delle simulazioni FEM come strumento per la progettazione e l’ottimizzazione di scaffold biodegradabili, evidenziando il potenziale delle leghe di magnesio nella rigenerazione ossea. I risultati ottenuti costituiscono una base per sviluppi futuri, che dovranno includere validazioni sperimentali e modelli più avanzati, con l’obiettivo di realizzare impianti ossei personalizzati e clinicamente efficaci.