Le promesse della stampa 3D per le protesi articolari

Presi dalla frenetica vita di ogni giorno non ci fermiamo quasi mai a riflettere a quale fatica è sottoposto il nostro corpo. In particolare, le articolazioni sopportano stress meccanici notevoli in ogni momento della giornata. Per un'attività intensa, per un trauma, per effetto dell'invecchiamento o a causa di malattie specifiche, può accadere che le strutture articolari - osso, cartilagine, legamenti e tendini - subiscano danni o si alterino. Se oltre al normale svolgimento delle attività quotidiane andiamo poi a considerare gli eventi traumatici dovuti ad attività sportiva, incidenti stradali o sul lavoro, non ci dobbiamo stupire quando gli esperti affermano che le patologie osteoarticolari sono la più comune causa di dolore cronico e disabilità fisica che determinano un notevole impatto negativo sulla qualità di vita individuale.

Con l'avanzare dell'età è molto probabile incorrere in malattie degenerative croniche, come ad esempio l'osteoartrosi, quella che comunemente conosciamo come artrite: il 10% della popolazione adulta e il 50% degli ultrasessantenni lamenta infatti dolore, limitazione del movimento, rigidità e deformità articolare.

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Quando il cambio di stile di vita, fisioterapia e farmaci (analgesici e cortisonici) non riescono più a dare sollievo, rimane il trattamento chirurgico e l'impianto di una protesi, ovvero la sostituzione delle superfici articolari usurate, con conseguente rapido e duraturo recupero nella maggior parte dei casi. La percentuale di successo di questi interventi è infatti particolarmente elevata con buoni risultati in oltre il 95% dei casi controllati a 15 anni di distanza. Tuttavia c'è un problema grave che affligge i pazienti nel restante 5%: l'infezione delle protesi. Nonostante l'incremento del numero di interventi effettuati ed il conseguente affinamento delle tecniche e dei protocolli chirurgici (si pensi che nel 2012 in Italia sono state impiantate 141.000 protesi maggiori di cui il 65% all'anca e il 31% al ginocchio), la percentuale di infezione statisticamente non riesce a scendere oltre lo 0.5%. Nei reimpianti protesici il rischio è maggiore attestandosi a livelli che raggiungono il 32%. Ne derivano circa 2600 nuove infezioni all'anno con una spesa da parte della sanità di 100 mln di euro per la gestione di queste complicanze. I risultati statistici sembrano assolutamente incoraggianti, tuttavia la complicanza dell'infezione della protesi è molto grave e nei pazienti con altri fattori di rischio come obesità, diabete, immunodeficienze, età, ecc. può risultare fatale.

Il Prof. Francesco Centofanti, Direttore dell'Istituto Codivilla Putti di Cortina d'Ampezzo, centro noto per la cura e il trattamento delle infezioni, ci spiega come si infetta una protesi.

I batteri posseggono una specie di ventosa chiamata glicocalice con cui aderiscono alla protesi. Una volta adesi creano un biofilm, una membrana di zuccheri e proteine nella quale si annidano i germi patogeni e che gli antibiotici non riescono a penetrare. Una protesi si può infettare subito dopo l'intervento, comunque entro 3 mesi, e viene definita acuta; dopo 3 mesi viene chiamata subacuta e dopo 2 anni tardiva. Acuta, significa che l'infezione è stata contratta in sala operatoria, anche se oggi si tratta di una possibilità rara; le altre derivano da infezioni già presenti nel corpo del paziente in modo anche asintomatico.

Una volta effettuato l'impianto, si verifica comunque “una corsa” alla superficie della protesi da parte di microrganismi patogeni a cui segue una risposta del sistema immunitario: se la risposta non è efficace si riscontra il primo sintomo, ovvero il dolore nella sede interessata, poi il gonfiore e l'arrossamento, febbre, comparsa di pustole spurganti e via via fino alla necrosi dei tessuti con conseguente amputazione.
Per tutte queste conseguenze è importante il tempestivo ricorso al medico e ad un'efficace diagnosi, anche se ottenerla non è facile (ci vogliono numerosi riscontri sia da diversi valori delle analisi del sangue che da indagini più mirate come la scintigrafia, oltre all'esatta individuazione del tipo di batterio in causa). Se i risultati rendono subito evidente l'infezione, può essere sufficiente la terapia antibiotica o al massimo un'azione chirurgica con lavaggio e medicazione della zona interessata. In questi casi l'intervento può definirsi risolutivo. Nel caso l'infezione sia profonda bisogna invece procedere alla rimozione della protesi e questo può essere fatto in due modi:

  • One-­stage: con un unico intervento si rimuovono la protesi e il tessuto cicatriziale e necrotico. Segue l’immediato impianto di una nuova protesi con cemento antibiotato, ovvero capace di rilasciare lentamente antibiotico in sede. È una prassi indicata per infezioni a bassa virulenza.
  • Two-­stage: ovvero si effettuano due interventi chirurgici. Nel primo si rimuove la protesi infetta e la si sostituisce con uno spaziatore custom­made o preconfezionato costruito con cemento antibiotato; dopo massimo 4 mesi avviene la seconda operazione per la rimozione dello spaziatore e l’impianto della nuova protesi. Lo spaziatore di cemento con antibiotico serve a conservare lunghezza e tensione muscolare e a rilasciare antibiotico ad alta concentrazione nel focolaio di infezione.

Il Prof. Centofanti, forte delle sue esperienze in clinica, ci dice che la sostituzione della protesi la prima volta risolve il problema nell'80% dei casi. Per chi non ha la fortuna di far parte di questa percentuale, gli interventi possono doversi ripetere in modo ciclico, con tutti i rischi che comportano, o addirittura può non essere fatto il reimpianto a causa dell’inefficacia della terapia antibiotica, o, come accade per gli anziani, perché l’organismo non riuscirebbe a sopportare l’intervento. In tali casi il paziente è condannato ad una terapia antibiotica a vita per combattere l’infezione e analgesica per combattere il dolore. A volte si è anche condannati a non alzarsi più dal letto.

Se tutto questo è riuscito a far inquadrare il problema delle protesi infette, si accoglierà con somma gratitudine l’idea dell'OPM, Oxford Performance Material, di mettere a punto una protesi che sia costituita da materiale antibiotico. La OPM, azienda del South Windsor in Connecticut (USA) ha sviluppato materiali e tecnologie incentrando gli studi sull'uso di un polimero ad alte prestazioni, il poli­etere­chetone­chetone (PEKK) mettendo poi a punto la propria formulazione aziendale, l'OXPEKK, ed utilizzandola nei processi di produzione additiva di elementi biomedicali, aerospaziali e industriali.

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L’OXPEKK della OPM

Grazie alla stampa 3D la OPM è in grado di stampare impianti polimerici specifici per il paziente e nel febbraio 2013, in occasione dell’impianto di una protesi cranica che ha ridato un nuovo viso ed una nuova vita ad un paziente, si è meritata l’approvazione della FDA (Food and Drug Administration). Secondo un Confidential OPM Report del 2011 di Timothy Ganey, l’OXPEKK è un materiale dalle proprietà molto simili a quelli già in uso per gli impianti, ma ha la capacità di favorire e mantenere la crescita e l’adesione cellulare sulla sua superficie: questo ovviamente comporta una maggiore efficacia locale del sistema immunitario in caso di infezioni e una maggiore accettazione della protesi da parte del corpo del paziente con minori rischi di mobilità (scollamento dai tessuti). Se a queste caratteristiche associamo geometrie protesiche ottenute riproducendo fedelmente la conformazione del paziente e poi stampate in 3D, le performance di questo tipo di protesi diventano ottime.

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Proprio basandosi su questi risultati il National Institutes of Health (NIH) ha finanziato la OPM con 150.000 $ per lo studio di impianti ­antibiotici che possono risolvere il problema delle infezioni direttamente dall'interno, senza necessità di interventi chirurgici. Il Dottor Hacking, Chief Scientific Officer della OPM, è molto fiducioso:

Le infezioni delle protesi sono un problema clinico gravoso che si traduce in una prolungata sofferenza per il paziente, in un aumento della mortalità, e si prevede che nel 2015 avrà costi per 12 miliardi di dollari. Con il sostegno del NIH, abbiamo le risorse per migliorare l’adesione tra impianto e tessuti, per
combattere meglio le infezioni, ridurre i costi di assistenza sanitaria e migliorare la cura del paziente.

La  stampa  3D  non  è  una  panacea,  ma  di  certo  si  sta  rivelando  un  grande  alleato del biomedicale e della nostra salute.

 

Lusiana Pasquini – Open Biomedical Initiative

 

Image credits

Ortopedici Torino

Oxford PM

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