PROGETTO PLATFORM: materiali, Processi e tecnoLogie Avanzate per la realizzazione il moniToraggio e la validazione FunziOnale di inteRventi di osteotoMia

Obiettivi del progetto

Il progetto, sfruttando l’inclusione di diversi livelli di competenza, mira nello specifico a validare a livello industriale un’innovativa piattaforma che permetta la realizzazione di un percorso patient-specific, che includa le diverse fasi (valutazione, trattamento e riabilitazione) in cui si articola l’esecuzione di una procedura chirurgica ottimizzata per osteotomia (nel caso specifico, di osteotomia tibiale). Tale piattaforma si dimostrerà capace di quantificare le necessità funzionali, minimizzare l’invasività dell’intervento e monitorare il processo riabilitativo, diminuendo in tal modo, drasticamente, i tempi di recupero e le complicanze associate all’intervento stesso.

I risultati che saranno conseguiti mediante l’implementazione del percorso diagnostico-terapeutico proposto dal progetto PLATFORM riguarderanno:

1. Realizzazione di una piattaforma Software di Pianificazione della Chirurgia (SPC) di supporto al
   chirurgo che a partire dalle immagini pre-operatorie disponibili quali RX (2D), e/o RM, TAC (3D) consenta una ottimizzazione della scelta, del posizionamento e dalla tipologia di impianto. La piattaforma SPC permetterà anche una simulazione della procedura chirurgica con indicazione dell’output clinico e biomeccanico per la successiva fase di realizzazione del graft bioattivo e output di informazioni per il sistema di guida attiva.
2. Realizzazione mediante tecnologia di fusione a fascio di elettroni (EBM) del graft personalizzato in titanio medicale da utilizzare nella procedura chirurgica. La trabecolatura interna sarà derivata a partire dai dati anatomici e biometrici del paziente. Gli algoritmi utilizzati per la ricostruzione trabecolare coinvolgeranno metodi matematici avanzati quali la geometria frattale non euclidea ed il calcolo differenziale stocastico.
3. Sintesi di nanomateriali ceramici e vetro-ceramici da utilizzare come coating per aumentare la
   bioattività dei graft di titanio. Mediante tecniche sol-gel, verranno prodotte nanoparticelle bioattive,
   osteoconduttive e antimicrobiche per la decorazione superficiale dei costrutti fabbricati mediante tecnologia EBM di cui al punto 2. Le nanoparticelle saranno composte da vetri bioattivi modificati mediante aggiunta di elementi di drogaggio opportunamente selezionati per fornire proprietà osteoconduttive e antimicrobiche, stimolando una rapida rigenerazione e la neo-formazione di tessuto osseo all’interfaccia con il graft e minimizzando il rischio di infezioni.
4. Realizzazione del sistema di guida intraoperatorio per garantire il rispetto del planning pre-operatorio ottimizzando lo strumentario e le componenti impiantabili (viti-placche) unitamente alle guide intraoperatorie tutte ottenute con tecnologia EBM e/o con additive manufacturing su materiali biopolimerici.
   5. Definizione di un protocollo per la valutazione funzionale da applicare nel corso del follow-up postoperatorio. Il protocollo si avvarrà di un sistema di valutazione della cinematica controllato tramite un software dedicato e ottimizzato per la valutazione del recupero di pazienti sottoposti a interventi di osteotomia tibiale.
5. Ottimizzazione di un percorso nutraceutico mediante l’utilizzo di molecole bioattive, quali estratti di spirulina, polifenoli e limonene, che promuova i processi di osteointegrazione. Tale risultato sarà verificato in vitro su colture cellulari 2D e in 3D all’interno di piattaforme microfluidiche (organ-on-a-chip), nelle quali sarà possibile analizzare la risposta della coltura cellulare alle molecole nutraceutiche in termini di formazione e maturazione del tessuto osseo, anche in presenza di sollecitazioni meccaniche, permettendo così di programmare specifiche terapie, anche nutrizionali, per ottimizzare la risposta del paziente alla procedura chirurgica.

Data di inizio e fine

Responsabile del progetto

Istituzione coordinatrice del progetto

Altre Istituzioni coinvolte

• Dipartimento di Biomedicina e Sanità Pubblica, Università di Roma Tor Vergata

Fonte/i di finanziamento