Appunti Biomateriali (parte 2 su 2)

Controindicazione medica a terapia anticoagulante AVITA

Perché fatte in materiale naturale.

Desiderio di gravidanza in donne in età fertile

Meglio biologica per evitare terapia anticoagulante.

Scelta personale del paziente - biologica o meccanica?

Materiali principali:

• Lembi di valvole procine
• Pericardio di origine bovina o equina - prendo il tessuto (a strisce) e lo lavoro per dare la forma della valvola biologica.

Produzione:

1. Trattamento in glutaraldeide (sv che permette di reticolare il collagene. Stabilizza il tessuto e lo sterilizza, riduce probabilità di risposta immunitaria). Il materiale è un tessuto biologico! Se lo impiantassi direttamente nel corpo umano avrei risposta immunitaria e rigetto dell'impianto.
2. Montata su struttura di mat metallico/polimerico (in modo da mantenere la forma più a lungo termine) e presenza intorno un anello di sutura in goretex o in dacron (più facile da suturare).

• STENTED = Valvola suturata direttamente su pericardio paziente
• STENTLESS Zona nera di sutura in DACRON; nera perché tratta con carb turbostratico

Movimento foglietti NON influenzato da mat supporto! NON ci sono svantaggi/vantaggi relativi a utilizzo mat metall/polim, perché SUPPORTO È SCHERMATO DA RISVESTIMENTO

Svantaggi:

• È un tessuto biologico e nel tempo può andare incontro alla perdita di caratteristiche meccaniche
• Il tessuto può andare incontro a calcificazione sui lembi della valvola

Cause fallimento:

• Cedimento strutturale
• Calcificazione

Esempio 1: Valvola Porcina Stented

Costituita da una valvola naturale aortica porcina montata su un supporto che ne mantiene la forma

• Fissaggio in gluteraldeide
• Suturazione allo stent di supporto
• Supporto in leghe metalliche inox o mat polimerici (es. Delrin), rivestito in Teflon o Dacron

Esempio 2: Valvole Da Pericardio (Stented)

• Prelievo del

pericardio -> ottenimento di una striscia

• Trattamento con glutaraldeide
• Sutura al supporto

35 – Biomateriali [2] Gabriele Santicchi 2019/2020

Valvole Meccaniche>>affidabili dal punto di vista meccanico (<-> durata >>maggiore)

Es.1 Valvole A Gabbia (Caged-Ball), 1967

• PALLA: Stellite 21 (lega Cr-Cb), lega molto rigida e ad alta densità (-> rischio importante di emolisi); oppure silicone PDMS, minore denistà e forza sviluppabile -> ok interazione con elem sangue.
• HOUSING: Stellite, lega di titanio
• ANELLO: Dacron (+facile da suturare), ePTFE

Problema:

La palla andando continuamente a sbattere contro l’housing andava incontro ad usura

bleeding: silicone, il guscio lascia passare le macromolecole del gel. Il silicone è permeabile, quindi la palla può essere permeabile -> degradazione del materiale per assorbimento di fluidi!

Dal punto di vista meccanico hanno un’alta

affidabilità nel tempo e ridotti problemi di usura, ma hanno una fluidodinamica non adatta. Una volta impiantate rimangono stabili per un tempo molto superiore rispetto aquello delle valvole venute negli anni successivi.

Es.2 Valvole A Disco Oscillante (Tilting Disc), 1970

• DISCO (ELEMENTO MOBILE):
  • DELRIN (mat. Polimerico; stabile e inerte -> ok!) >>>rigido e con ottime caratteristiche meccaniche; tuttavia è risultato soggetto ad usura, il disco può essere eroso dal flusso ematico.
  • CARBONIO PIROLITICO SU GRAFITE: ho un disco di base in carbonio con struttura grafitica (non posso usarlo direttamente a contatto con il sangue, la struttura piani paralleli della grafite si sfalda! Inoltre non è emocompatibile) Rivestimento in carbonio turbostratico
  • CARBONIO PIROLITICO: non ho più anima in grafite e rivestimento, è tutto prodotto interamente in C pirolitico. Prodotto da <%aziende, >fallite
• HOUSING (=PARTE EXT)

Stellite 21 oppure lega di titanio (indifferenti). La gabbietta deve essere monocomponente (se avessi più componenti da saldare dovrei riscaldare i materiali e avrei una zona in cui la struttura del materiale non è più quella iniziale -> zona di fragilità!). Serve un basso indice di rugosità superficiale per evitare la formazione di trombi• ANELLO: Dacron, ePTFE L'impiego di questa valvola riduce il rischio trombogenico e di emolisi. È però rumorosa e necessita di approfonditi controlli di qualità. *Per evitare saldature (punti critici rottura!), struttura metallica realizzata tutta in un pezzo NB CARB PIROLITICO HA UNA STRUTTURA TURBOSTRATICA OTTENUTO ATTRAVERSO PIROLISI (<-> È carbonio turbostratico!) Es.3 Valvole A Due Emidischi (Bileaflet), 19792 emidischi -> se ne blocca uno l'altro continua a lavorare! Il paziente può accorgersi del problema e si può intervenire. Materiale

identico a tilting, ma risolti problemi di fluidodinamica!

• LEAFLET (DOPPIO FOGLIETTO): carbonio pirolitico, carbonio pirolitico su grafite
• HOUSING: lega di titanio -> Sfrutto la minore densità
• ANELLO: PTFE + carbonio turbostratico. Goretex -> inerte, non mi serve un rivestimento superficiale per evitare adesione degli elementi corpuscolati.
• PARTE NERA -> CARBONIO; è quell a contatto con il sangue Necessaria emocompatibilità
• PARTE BIANCA -> parte di contatto con il tessuto cardiaco a contatto con i tessuti cardiaci ->→promuove azione fibroblasti adesione dei tess circostanti, aumenta la probablità dimantenere la valvola in situ. (NON è nec emocompatibilità, NON è a contatto con sangue!)
• Valvole cardiache facile preda di batteri, che colonizzano la protesi..

St. Jude (Azienda) Silzone 1997 : Rivestì anello di sutura è stato trattato/rivestito con materiale a base di argento

(antibatterico) per ridurre irischi di endocardite (adesione batterica sul tessuto). Quando si ha infezionebatterica in un portatore di valvola, i batteri vanno a colpire la valvolameccanica, con rischio di espianto della valvola.

L'argento è antibatterico ma in questo caso non funziona. Ritirata dal mercato. (>>complicanze trombo-emolitiche e >>tasso di leakage paravalvolare (sanguetrafila in uno o più punti tra l'anello di sutura ed il tessuto cardiaco perché AgNON promuove adesione fibroblasti!).

36 - Biomateriali [2] Gabriele Santicchi 2019/2020

PROCESSO DI LAVORAZIONE DISCHI

1. ELETTROEROSIONE: Proc di lavorazione di precisione non realizzabili con metodi classici; scariche che incidono→materiale riproduce sagoma voluta. Utilizzata per qualsiasi mat conduttori!
2. DEPOSIZIONE CARBONIO PIROLITICO SU GRAFITE; Ottengo però struttura rugosa (potrebbe portare a trombosi)..
3. GRAFITE -> piani paralleli; legami forti su stesso piano,

< piani sfalsati; vacanza di atomi tra C nei vari piani Formazione di legami→perpendicolari a piano >>resist meccanica a taglio, usura. E' MAT INERTE (→ Emo/Biocompatibile)o CARBONIO PIROLITICO: E' carbonio turbostratico ottenuto per PIROLISI (Lavorazione a >>T)→ →3. RETTIFICA PER RIDURRE RUGOSITA'; lavorazione tradizionale con polvere di diamante Lucida materiale >Biocomp• *NECESSARIO CONTROLLO QUALITA' LEAFLET relative a durezza, prove a flessione..RIVESTIMENTO MATERIALI IN CARBONIO• PVD (a T ambiente): Ottengo rivestimento in carbonio turbostratico su DACRON e HOUSING. NB NON modificageometria del tessuto che ricopre!• CONTROLLO QUALITA' basato su PULL TESTValvole BiomorfeInteramente polimeriche, in analisi/studio attualmente. Struttura generica di valvolaaortica/mitrale• STENT DI SUPPORTO: PU ad >>durezza, o PEEK

rivestito con PU•

LEMBI VALVOLARI: PU•

ANELLO: In DACRON o TEFLON

Prototipi valvolari in PU →ANALISI RADIOSCOPICHE/RADIOGRAFICHE: Impiantate su vitelli sembravano buone… Ma su altri animali insufficienza→cardiaca, calcificazione PU Fallimento.

Fu cambiato PU con COPOLIMERO SILICONE-PU: NO calcificazione, ma SI calcificazione tra leaflet e stent (zona di ristagno)!

Utilizzati anche poi i SIBS, in fase di analisi

APPROCCIO MINI-INVASIVO: In fase di studio clinico, necessari miglioramenti;

Nell’immagine: pericardio bovino montato su stent a memoria di forma

37 – Biomateriali [2] Gabriele Santicchi 2019/2020

STUDIO DI VALVOLE CARDIACHE MECCANICHE (MHVS) ESPIANTATE

Quando impianto un dispositivo devo valutare un duplice effetto: che impatto ha l’impianto sull’ambiente? L’ambiente corpoumano provoca problemi al dispositivo? A seconda della causa di espianto posso capire come andare a migliorare il dispositivo.

FALLIMENTO ESTRINSECO:

causa interazione tra dispositivo meccanico e tessuti corporei (es. trombosi, emorragia).

TROMBO: di rapida formazione, dovuto all'accumulo di fibrina e componenti ematici. Associata a inefficacia terapia anticoagulante. Valvole tilting-disc suscettibili a trombosi modificate con disco convesso

PANNUS: collagene, cellule endoteliali e macrofagi; fenomeno più lento, la cui formazione è influenzata dallo stato delle superfici della protesi. Cresce generalmente all'interfaccia tessuto/valvola, lungo l'anello di sutura e nel disco oscillante sul lato col minor orifizio. Una superficie rugosa aumenta il rischio trombotico e di formazione di pannus fibroso

EMOLISI: rottura elem corpuscolari sangue

ENDOCARDITE -> oltre ad espiantare la valvola, devo debellare la popolazione batterica presente in zona di impianto!

FALLIMENTO INTRINSECO: imputabili al design mat del dispositivo o alle proprietà dei materiali in esso utilizzati.

Usura:

deterioramento dovuto all'interazione meccanica tra le superfici in contatto e in modo relativo

Usura abrasiva: presenza di asperità ad elevata durezza di uno dei due materiali o di un terzo interposto incide il materiale più tenero, lasciandovi dei solchi.

Usura per impatto: urto tra due corpi genera la nucleazione di microcricche superficiali.

CONSEGUENZE: Se ho un'usura posso avere...

• blocco di uno dei due emidischi, blocco o rottura con embolizzazione dell'occlusore.
• Esposizione di materiale NON biocompatibile (es. grafite, metallo)
• Rilascio di materiali in circolo

38 - Biomateriali [2] Gabriele Santicchi 2019/2020

APPENDICE 1: BIOMATERIALI E PROTESI IN OFTALMOLOGIA

Il campo oftalmologico rappresenta una delle maggiori fonti di guadagno del settore biomedico (ogni anno vengono eseguiti oltre 4 milioni di cristallino artificiale).

ANATOMIA DELL'OCCHIO E RELATIVE PATOLOGIE

Cornea

Costituita da tessuto non vas