La degenerazione del disco intervertebrale, un inevitabile processo di invecchiamento, è una delle principali cause di sofferenza lombare.
Attualmente, esistono due principali interventi chirurgici per trattare le condizioni relative al disco "degenerato": discectomia e fusione. Sebbene discectomia e fusione producano risultati clinici relativamente buoni a breve termine, entrambi gli approcci chirurgici alterano la biomeccanica della colonna, portando probabilmente ad una più rapida degenerazione dei tessuti circostanti e dei dischi a livello adiacente.Alternativamente, la soluzione ad un disco degenerato coinvolge l'utilizzo di un disco artificiale come sostituto.
Negli ultimi 35 anni, un tremendo sforzo è strato fatto per realizzare dischi artificiali capaci di sostituire quello degenerato. E' stato riportato che le protesi discali attualmente sul mercato (o in sviluppo) siano soggette frequentemente a fallimento dovuto all'usura ed alla degenerazione dei materiali, alle tecniche chirurgiche utilizzate per l'impianto, o alla differenza tra le proprietà meccaniche dei device e quelle del tessuto naturale.
Per progettare un disco intervertebrale artificiale alternativo con appropriate proprietà di trasporto, meccaniche e biologiche la ricerca è stata centrata sul concetto di riprodurre la struttura naturale dei tessuti del disco.
Il disco intervertebrale naturale consiste principalmente di fibre di collagene immerse in un gel di proteoglicani ed acqua. Questo gel sviluppa una grande pressione di swelling che fornisce al disco la caratteristica di resistere a compressione.
Il tipo e l'orientazione del collagene nel disco ha un'importante influenza su come il carico è distribuito.
Nel disco c'è una distribuzione di tipo ed orientazione del collagene dal nucleus all'annulus. L'orientazione delle fibre di collagene decresce da 62° a 45° muovendosi dall'esterno verso l'interno del disco.
L'acqua è il principale costituente del disco ed occupa dal 65 all'85% dell'intero volume, in funzione dell'età e della regione della colonna.
La struttura del disco intervertebrale, come le sue proprietà biomeccaniche e di trasporto, è unica e molto complessa.
Per soddisfare tutti questi requisiti sono stati utilizzati gli idrogeli, non solo per la sostituzione del nucleus, ma anche per la sostituzione totale del disco, dove sono richieste elevate proprietà meccaniche.
Comunque, le proprietà meccaniche di questi materiali allo stato idrato non sono sufficienti per applicazioni biomediche dove è richiesta una elevata resistenza meccanica.
Un miglioramento delle proprietà meccaniche degli idrogeli potrebbe essere ottenuto utilizzando un rinforzo di fibre di PET ed inclusioni di idrossiapatite e fosfato di calcio.
Le inclusioni di idrossiapatite e/o fosfato di calcio dovrebbero apportare effetti benefici dal momento che questi materiali sono bioattivi e possono irrigidire polimeri, come richiesto per la realizzazione dell'end-plate.
La preparazione del device è stata condotta tramite la tecnologia dell'avvolgimento filamentare (e, successivamente, della formatura), dove le fibre di PET impregnate nella soluzione polimerica idrofillica sono state avvolte, secondo un angolo che variava da 45° a 65°, su un mandrino avente la geometria del nucleo, fino a quando la dimensione finale del disco è stata raggiunta.
A completamento di questa fase, la struttura anulare è stata posta in uno stampo, riempito con la soluzione polimerica idrofillica in modo da permettere
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