Simone Sprio, fisico e chimico, ricercatore presso l’ISTEC-CNR con 20 anni di esperienza in scienza dei materiali. Responsabile dello sviluppo di nuovi materiali e dispositivi a base ceramica per la rigenerazione ossea, in chirurgica ortopedica, spinale, maxillofacciale e cranica. WP Leader in progetti collaborativi nazionali ed europei.

1. Biomateriali e Biomimesi
Nuovi approcci per la Medicina Rigenerativa
Simone Sprio
Faenza(RA) -ITALY

3. Current solutions for healing of bone defects
Autologous bone transplantation
 Greatest potential for bone regeneration, easy to model
 Bone harvesting damages healthy body parts
 Limit to transplantable quantity
A significant area of modern medical technology
has been developed through inert materials;
they are biocompatible…
…but not active, not porous and
not resorbable
Allotransplant of bone
 Large quantities available, easy to model
 Non uniformity of products (sex, age)
 Issues of antigenicity and infection
Artificial bone graft
 Uniformity in quality
 No limit to amount of use
 No capability of bone formation

4. La Natura come fonte di ispirazione
Becco del MartinPescatore Effetto Loto Alghe antibatteriche
Design Structure Function
Hypothesis:
)
mimare le caratteristiche chimico –fisiche e morfologiche del tessuto
nativo così da attivare tutti gli step della cascata rigenerativa.

5. Oggi la frontiera è ……..
Biomimesi
Una volta impiantato l’impianto è in grado di stimolare la chemotassi cellulare e
la colonizzazione da parte delle cellule del paziente.
…… quindi il corpo umano funziona come un BIOREATTORE NATURALE
In grado di guidare il sistema verso una perfetta rigenerazione

6. CT-scan

8. 8
Immagine 1: pre-op patient CT scan Immagine 2: pre-op patient CT scan
Immagine 3: modello Immagine 4: protesi
Immagine 5: chirurgia Immagine 6: Tac post

10. Pre-op
Post-op

11. Post-op CT- Densitometry Analysis

12. RIGENERAZIONE OSSEA: LE SFIDE ANCORA APERTE
La rigenerazione delle ossa degli arti è ancora un problema irrisolto, a
causa delle numerose complicazioni associate a fratture gravi e
comminute quali infezioni e mal-unioni.
 Non-unioni
 Mal-unioni
 Infezioni
 Pseudoartrosi
 Procedure chirurgiche ripetute e dolorose
e dall’esito molto incerto
 Perdita di funzionalità
 Amputazioni

13. IL CORPO UMANO E’ UNA STRUTTURA DI TENSEGRITA’
GERARCHICAMENTE ORGANIZZATA
OSSO
LEGAMENTI
OSSA E LEGAMENTI SONO STRUTTURE AD ELEVATA COMPLESSITA’ STRUTTURALE CHE
CONSENTE DI ESPRIMERE PROPRIETA’ MECCANICHE STRAORDINARIE ED IRRIPRODUCIBILI
COME MIMARE TALE COMPLESSITA’ ?

14. LA NATURA UTILIZZA SISTEMI DI CONTROLLO ALLA NANO-SCALA
PER COSTRUIRE STRUTTURE COMPLESSE

15. IL LEGNO COME MODELLO STRUTTURALE PER L’OSSO
BONE
Organic compounds:
 Collagen type I (25%)
 Cells
 Proteoglycans and non-collagenous
proteins
Inorganic compounds:
 Nano-crystalline Hydroxyapatite (70%)
 Water
Organic compounds:
 Cellulose (35-55%)
 Hemicellulose (20-35%)
 Lignin (20-25%)

16. LA SFIDA
Trasformare legni naturali in impianti ossei
di nuova generazione

17. SIPO
STRUTTURE LIGNEE CHE MIMANO L’OSSO
RATTAN
LUFFA
Front view
Transversal view
OVERALL POROSITY : 76 %
40 % Large pores ( = 150  22 m)
60 % Small pores ( = 7  3 m)
OVERALL POROSITY : 85 %
58 % Large pores ( = 250  40 m)
15 % Medium pores ( = 12  4 m)
27 % Small pores ( = 4  1 m)
Cortical-like
Spongy-like
OVERALL POROSITY : > 90 %
65 % Large pores ( = 550  100 m)
25 % Medium pores ( = 20  4 m)
10 % Small pores ( = 3  1 m)
Spongy-like

18. 200 m
200 m
OSSO LEGNO
OSSO LEGNO
osso Legno di Rattan
UNICITA’
 Struttura gerarchica che mima l’osso
 Composizione chimica che mima l’osso
 Consente il carico meccanico dopo l’impianto
 Riassorbibile

19. CERAMISATION PROCESS OF NATIVE WOOD
1) PYROLYSIS
Wood  Carbon
2) CARBURISATION
Carbon  CaC2
3) OXIDATION
CaC2
 CaO
4) CARBONATION
CaO  CaCO3
5) PHOSPHATIZATION
CaCO3
 Hydroxyapatite
Transformation of the natural wood
template and preserving its initial
morphology
Slow thermal treatment at 1000 °C in Ar atmosphere
Reaction of Carbon with gaseous Calcium
at 1650 °C in Ar atmosphere
Oxidation in air at 1000 °C
Carbonation in furnace or
autoclave under CO2 pressure
Phosphatization at room conditions in a
PO4-rich solution.
Tampieri A, Sprio S, Ruffini A, Celotti G, Lesci IG, Roveri N. From Wood to Bone: multi step-process to convert wood hierarchical
structures into biomimetic hydroxyapatite scaffolds for bone tissue engineering. J Mater Chem 2009; 19 (28): 4973-4980.

20. Load bearing bone implants by trasforming natural wood
wood bone implant surgery implantation
Suitable for all non-union and any bone implant

21. DRIVERS
ageing population
surgeon request unmet clinical needs
patient pressure inadequacy of autografts

22. No more amputations or
multi-step painful surgery!!!
Wood-derived bone implants
PATENT: WO2013063201 PCT/IB2011/054980.
EU, USA, CANADA, RUSSIA, INDIA, CINA, AUSTRALIA
Patients walk in short times
Complete bone regeneration in 12 months with no more surgery

23. Grazie
per la vostra attenzione!