In un’epoca in cui la scienza e la tecnologia si fondono sempre più, un team di ricercatori dell’Università dell’Illinois a Urbana-Champaign, guidato dalla professoressa Shelly Zhang, ha fatto un passo avanti significativo nel campo della medicina rigenerativa. Utilizzando tecniche all’avanguardia come l’apprendimento automatico e la stampa 3D, hanno sviluppato un materiale sintetico che imita le proprietà dell’osso umano, con particolare attenzione alla riparazione delle fratture del femore.
Il femore, essendo il più lungo e uno dei più sollecitati ossa del corpo umano, presenta spesso complicazioni quando si frattura, soprattutto nelle persone anziane. Le tecniche chirurgiche tradizionali, che generalmente prevedono l’uso di placche metalliche fissate con viti, possono portare a problemi come il dolore cronico e ulteriori danni all’osso. Il nuovo materiale sviluppato potrebbe rivoluzionare questo approccio, offrendo una soluzione meno invasiva e più efficace.
Il processo di creazione di questo materiale inizia con un’ampia base di dati sui materiali e l’uso di un simulatore di crescita virtuale. Gli algoritmi di machine learning sono stati impiegati per analizzare e apprendere la relazione tra la struttura del materiale e le sue proprietà fisiche. Questo ha permesso ai ricercatori di ottimizzare non solo l’architettura del materiale ma anche la distribuzione dello stress al suo interno, un fattore cruciale per il supporto ottimale durante il processo di guarigione.
La professoressa Zhang e il suo team hanno poi utilizzato la stampa 3D per realizzare un prototipo in resina a grandezza naturale del materiale bio-ispirato, che è stato successivamente testato su un modello sintetico di femore umano fratturato. Questo modello tangibile ha permesso di effettuare misurazioni reali e di testare l’efficacia del materiale, confermando la possibilità di sviluppare un materiale sintetico in modo analogo ai sistemi biologici.
Il materiale sviluppato non solo promette di migliorare le tecniche di riparazione delle fratture ossee ma apre anche la strada a nuove applicazioni in vari impianti biologici dove la manipolazione dello stress è necessaria. La professoressa Zhang ha sottolineato che il metodo utilizzato è estremamente versatile e può essere applicato a diversi tipi di materiali, inclusi metalli e polimeri. L’aspetto cruciale risiede nella geometria, nell’architettura locale e nelle proprietà meccaniche del materiale, rendendo le applicazioni quasi illimitate.
Questo studio, pubblicato su Nature Communications, non solo evidenzia il potenziale dei materiali architettati bio-ispirati per supportare ottimalmente i tessuti, ma dimostra anche l’efficacia dell’integrazione tra tecnologie avanzate e principi biologici. La ricerca è stata supportata dal David C. Crawford Faculty Scholar Award dell’Università dell’Illinois, riconoscendo l’importanza e l’innovatività di questo lavoro nel campo dell’ingegneria biomedica.