Manifattura Additiva di Bioceramici Fosfatici Porosi a Topologia Complessa per l'Ingegneria Tissutale Ossea

Il tessuto osseo possiede la capacità intrinseca di autorigenerarsi grazie a un continuo processo di rimodellamento. Tuttavia, in presenza di difetti ossei di grandi dimensioni, causati da traumi o patologie, questa capacità risulta compromessa, rendendo necessario il trapianto osseo. Le soluzioni tradizionali presentano un ottimo tasso di successo ma sono soggette a limitazioni quali la scarsa disponibilità e il rischio di rigetto. In questo contesto, l’ingegneria tissutale propone l’utilizzo di scaffold biodegradabili in grado di supportare temporaneamente il tessuto danneggiato e promuoverne la rigenerazione. In questa tesi sono stati sviluppati e caratterizzati scaffold ceramici in β-tricalciofosfato (β-TCP), un materiale biocompatibile e riassorbibile, stampati mediante tecnologia Digital Light Processing (DLP) e progettati secondo una geometria basata sulla tassellazione di Voronoi, al fine di imitare la microarchitettura dell’osso trabecolare. Sono state analizzate otto strutture, ciascuna con un diverso orientamento preferenziale delle trabecole rispetto all’asse di carico, mantenendo costante la porosità teorica al 75%. I modelli digitali sono stati sottoposti ad un processo di slicing e costruiti tramite stampa 3D, utilizzando una resina fotopolimerica caricata con polvere ceramica. In seguito, i campioni hanno subito un trattamento termico per la rimozione della resina rimanente e la sinterizzazione del materiale. Sono state condotte analisi morfologiche, geometriche e strutturali, tra cui microscopia SEM, misure di densità geometrica, apparente e reale, e picnometria ad elio, per quantificare la porosità aperta, chiusa e totale. È stata inoltre eseguita la diffrazione a raggi X (XRD) per monitorare eventuali variazioni di fase durante il trattamento termico. I risultati evidenziano una buona fedeltà di stampa rispetto ai modelli 3D, un significativo ritiro volumetrico, e una elevata stabilità cristallina. Infine, sono state eseguite prove di compressione uniassiale lungo l’asse longitudinale degli scaffold, e i dati ottenuti sono stati analizzati mediante il modello di Gibson-Ashby per correlare il comportamento meccanico alla microstruttura porosa. Le strutture con trabecole orientate lungo la direzione del carico mostrano valori più elevati di resistenza a compressione, intorno ai 2.8 MPa, dimostrando l’importanza dell’anisotropia nella progettazione degli innesti ossei. I risultati sono stati infine confrontati con quelli ottenuti da Cristina Ostoich sugli scaffold in idrossiapatite, evidenziando una maggiore prestazione meccanica ed un miglior potenziale di riassorbimento offerti dal β-TCP.