Impianti ortopedici e dentali in titanio: sfide odierne e prospettive future

Milioni di persone in tutto il mondo si trovano a dover affrontare, soprattutto in età più avanzata, malattie degenerative delle ossa, che causano dolori e disabilità temporanee e/o permanenti. Dispositivi medici quali impianti ortopedici e dentali hanno migliorato, nel corso dei decenni, la qualità di vita di milioni di pazienti in tutto il mondo. In particolare, il numero di persone anziane che necessita di dispositivi medici è in aumento; la popolazione anziana, intesa come chi ha più di 65 anni, cresce globalmente e rapidamente, e in paesi come il Giappone, l’Italia e la Germania, il rapporto tra popolazione anziana e totale si attesta già al 20%. Per queste ragioni, nel giro di pochi decenni, si stima un’elevata richiesta di impianti biomedici sicuri e affidabili.


Sfide moderne e soluzioni

Le articolazioni umane possono sviluppare e soffrire di malattie degenerative, come l’osteoartrite, che portano a infiammazioni croniche, dolori e perdita delle funzionalità fisiologiche. Le malattie dell’apparato muscolo-scheletrico gravano enormemente sulla spesa pubblica: negli Stati Uniti queste costano 254 miliardi di dollari l’anno, e nell’Unione Europea la sola artrite reumatoide ha costi che si aggirano intorno ai 40 miliardi di euro l’anno.

Materiali artificiali sostitutivi rappresentano la soluzione a questi problemi, in quanto permettono al paziente di recuperare funzionalità motorie altrimenti permamentemente compromesse. Circa il 70% dei materiali strutturali adoperati come dispositivi medici per applicazioni ortopediche e dentali sono ad oggi materiali metallici. Il resto è costituito da materiali ceramici e polimerici. L’impianto metallico è preferibile per molte applicazioni per le sue ottime proprietà meccaniche, forza, robustezza e durabilità.


La sola artrite reumatoide costa oltre 40 miliardi di euro all'anno

Impianti metallici: quali caratteristiche devono possedere

Gli impianti metallici moderni attualmente in uso clinico possono essere divisi in gruppi a seconda del tipo di materiale: acciai inossidabili, leghe cobalto-cromio e leghe di titanio sono tutti adoperati per la fabbricazione di articolazioni artificiali, come per esempio la protesi dell’anca (vedi Figura), placche, viti ossee e radici dentali. Le leghe di metalli nobili quali argento, oro e platino sono adoperate invece principalmente per impianti dentali come per esempio corone, e ponti.


Una perfetta integrazione del materiale metallico all’interno del corpo umano ne richiede l’armonizzazione con altri materiali, quali particolari ceramiche simili alla struttura ossea e/o polimeri. Tutti questi materiali, oggi definiti biomateriali, sono studiati e prodotti affinché siano anallergici, sicuri e con ottime proprietà di compatibilità biologica. La sicurezza è il primo criterio di scelta.


Protesi dell'anca da Geetha et al., 2009


Titanio e le sue leghe: generazioni passate e future

Le leghe di titanio presentano caratteristiche che, per alcune applicazioni, le rendono superiori agli acciai (leghe di ferro e carbonio) e alle leghe cobalto-cromio. Furono inizialmente sviluppate per applicazioni aerospaziali, ma sono state immediatamente adoperate come materiali medici proprio per la loro elevata biocompatibilità e grande resistenza alla corrosione. Quest’ultima caratteristica è di fondamentale importanza nella progettazione di un biomateriale, in quanto i fluidi corporei rappresentano un ambiente molto aggressivo e corrosivo per l’elevata concentrazione di elettroliti (sali disciolti, proteine, ecc.) e di ossigeno disciolto.


Le leghe di titanio hanno molteplici vantaggi

Un ulteriore vantaggio delle leghe di titanio è la loro relativa leggerezza, se comparate agli acciai, e l’elevata somiglianza delle sue proprietà meccaniche rispetto a quelle dell’osso umano, che lo rendono il materiale di punta per applicazioni ortopediche.

Negli anni ’50 del secolo scorso sono state sviluppate e adoperate clinicamente le prime leghe di titanio, le quali costituiscono la prima generazione di biomateriali di titanio. Negli anni ’90 subentra la seconda generazione di questi materiali, ad oggi ancora in uso, con leghe di titanio ad elevate performance e durabilità estesa a 10-15 anni. All’epoca, la longevità richiesta per questi impianti era di una quindicina d’anni. Tuttavia lo scenario è cambiato, e grazie ai notevoli avanzamenti tecnologici nel campo medico, le persone hanno una prospettiva di vita più lunga, inoltre le prognosi successive ad eventi traumatici (come incidenti sportivi o stradali) hanno subito un netto miglioramento.


La longevità precedenemente considerata di 15 anni per l’impianto si sta rivelando oggi un limite, in quanto si osserva un enorme aumento delle operazioni chirurgiche di sostituzione, spesso non risolutive, con elevati costi sociali ed economici. Perciò gli impianti del prossimo futuro devono esercitare la loro funzione per un lasso temporale più lungo senza fallire e senza bisogno di essere sostituiti. Ciò stimola ricercatori di tutto il mondo, tra cui il sottoscritto, a sviluppare nuovi biomateriali ad elevata durabilità in grado di emulare al meglio le funzionalità e le proprietà delle ossa umane, garantendo sicurezza e ottime performance.


Ludovico Andrea Alberta



Ludovico è un chimico di formazione e appassionato di divulgazione; attualmente sta svolgendo il dottorato di ricerca in Germania. Fa parte del progetto europeo BIOREMIA (www.bioremia.eu), e si occupa di sviluppare nuovi performanti biomateriali per applicazioni ortopediche e dentali per venire incontro alle problematiche sollevate nell’articolo di cui sopra. In particolare, Ludovico studia e progetta innovative leghe di titanio con intrinseche proprietà antibatteriche.


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