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   Responsabile: Pietro Bartolini
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Ingegneria Biomedica, Biomateriali e Dispositivi Medici

Microtomografia 3D

• ODONTOIATRIA
• ORTOPEDIA
• BIOMATERIALI E TESSUTI

La microtomografia tridimensionale è una forma miniaturizzata della tomografia assiale computerizzata, meglio nota come TAC, non è distruttiva, non è invasiva e viene usata per creare mappe tridimensionali di piccoli campioni, di solito di pochi centimetri di grandezza, con una risoluzione dell’ordine dei 10 micron. È molto utile per lo studio tridimensionale dei tessuti duri, quali l’osso, poiché fornisce informazioni anche sulla struttura e la concentrazione dei minerali. Viene utilizzata anche nel campo dei materiali, in particolare per i compositi, per i quali è molto importante ottenere le immagini della formazione di eventuali loro fratture con una metodica non distruttiva, quale è appunto la microtomografia tridimensionale (3D microCT).
Questo tipo di indagine, oltre a non prevedere nessuna preparazione del campione da osservare, fornisce una informazione tridimensionale del campione osservato. Tramite una scansione non distruttiva con raggi X di un campione, in condizioni naturali, è possibile avere la sua struttura interna. La combinazione di questa informazione con una ricostruzione tomografica computerizzata permette di ottenere la ricostruzione tridimensionale della microstruttura interna di un campione. L’immagine che si ottiene viene ricostruita dall’insieme di superfici di sezioni piane, che sono state acquisite ed elaborate durante la scansione del campione, e che possono anche essere usate per fornire informazioni di tipo morfologico e densitometrico.
Comparazioni delle osservazioni microtomografiche 3D vengono eseguite sia con quelle effettuate al SEM sia con metodiche istologiche, sia prima che dopo delle prove di fatica, sia su campioni che hanno subito altre tipologie di stress.
L'utilizzo della microtomografia tridimensionale computerizzata consente di acquisire informazioni più complete sulle strutture, sia superficiali sia interne, di biomateriali e di tessuti.

ODONTOIATRIA
Nell’ambito di questo settore, questo gruppo, sta acquisendo e ricostruendo tutti gli elementi dentali presenti nel cavo orale ed anche esempi particolari esistenti in natura per ogni elemento dentale, tutto questo finalizzato alla ridefinizione e alla relativa rappresentazione tridimensionale dell’intera dentatura umana ed alla sua struttura endodontica. Alla fine di questo lavoro si procederà alla pubblicazione di un nuovo atlante anatomico delle strutture degli elementi dentali presenti nel cavo orale umano, in collaborazione con l’Università del S.Cuore di Roma, Cattedra di Endodonzia e con l’Università La Sapienza di Roma, Dip Scienze Odontostomatologiche.
Tramite la tecnica microtomografica, che permette di osservare un determinato elemento dentale scomposto in centinaia di fette (slices), possiamo effettuare una rilevazione e misura dei parametri che ci permettono di definire l’efficacia e l’atraumaticità, nei confronti dei tessuti dentali, di strumenti di ultima generazione utilizzati per la lavorazione dei canali radicolari.
ORTOPEDIA
L’attività di questo gruppo sta iniziando, insieme ad ortopedici dell’Università Cattolica del Sacro Cuore di Roma, lo studio di biomateriali per supporto osseo e l’impiego di tecniche di rigenerazione tramite fattori genetici.
Le prime acquisizioni sono state utilizzate per la messa a punto della metodica di immobilizzazione e posizionamento dei campioni, contenuti in formalina in provette completamente radiotrasparenti, per ottimizzare l’osservazione e la ricostruzione 3D microtomografica insieme alla valutazione delle immagini della struttura ossea dei topini e del biomateriale impiantato drogato con sostanze genetiche stimolanti la ricrescita ossea.
In futuro il gruppo si dovrà occupare di verificare se tali tecniche genetiche stimolanti la ricrescita ossea possano essere sufficientemente efficaci in ambito ortopedico, tramite le indagini microtomografiche 3D.
BIOMATERIALI E TESSUTI
L’esperienza del gruppo si è sviluppata nello studio di tessuto osseo equino, demineralizzato e deantigenizzato, per ricostruzioni e riparazioni ossee. I materiali esaminati sono stati prodotti industrialmente in diversi formati di densità e porosità. Le acquisizioni e ricostruzioni 3D delle varie tipologie hanno evidenziato una struttura uniforme nelle tre dimensioni. Perfino dalle numerose slices di acquisizione è stato possibile già apprezzare ed osservare chiaramente la struttura trabecolare. Successivamente, dopo la ricostruzione è stato possibile osservare la struttura tridimensionalmente e tramite dei tagli virtuali avere a disposizione e indagare anche innumerevoli piani interni senza dover alterare il campione originale. Tale studio è stato svolto nell’ambito di tesi del corso di laurea in Ingegneria Medica dell’Università di Roma di Tor Vergata.
È stata anche iniziata una indagine sull’alterazione di due biomateriali compositi di ultima generazione, composti, uno con particelle ceramiche ed un altro con particelle di diamante, sottoposti ad usura fisiologica del cavo orale. Tale studio è stato portato avanti acquisendo i campioni, prima e dopo le prove di usura, quindi dopo la ricostruzione 3D i campioni sono stati sovrapposti a loro stessi ottenendo delle zone a diversa colorazione che rappresentano proprio quelle aree che hanno avuto perdita di materiale durante le prove. Tale attività è svolta in collaborazione con l’Università La Sapienza di Roma, Dip Scienze Odontostomatologiche.
Sono state appena iniziate delle indagini sullo studio della ricostruzione microtomografica 3D dell’interfaccia osso-impianto che ha portato, in questa prima fase, alla definizione di un primo protocollo di prova in cui verranno preparati degli impianti inseriti in osso animale, immediatamente acquisiti con il microtomografo, quindi stimolati a fatica per simulare il carico immediato e riacquisiti con la microCT, poi inseriti in formalina ed avviati al controllo istologico. Tale lavoro sarà svolto in collaborazione con l’Università di Chieti.
Sono state anche iniziate indagini sulla struttura interna di impianti dentali in titanio, titanio e composito,ed in futuro, totalmente in composito. Tali indagini, condotte acquisendo i dispositivi prima e dopo delle prove di fatica simulanti il ciclo masticatorio, permettono di osservare le alterazioni che possono essere intervenute e provocate dall’azione reciproca di fixture ed abutment durante le prove.
Recentemente a questo gruppo è stato proposto lo studio di ossa di topini trasgenici per lo studio dell’osteoporosi in presenza e in assenza di gravità, in collaborazione con il Politecnico dell’Università delle Marche, Dipartimento delle Scienze Applicate ai Sistemi Complessi.
Il gruppo sta per iniziare le acquisizioni con successiva ricostruzione 3D di nuovi biomateriali nanostrutturati per applicazioni in campo Odontoiatrico nell’ambito della collaborazione per un progetto del MIUR per i Programmi di Ricerca Scientifica di Rilevante Interesse Nazionale (PRIN) 2005 (anno finanziario 2006) dal titolo: Applicazione di materiali ibridi nanostrutturati per il consolidamento e la compatibilizzazione dell’interfaccia dentina composito (Use of nanostructured hybrid materials in the consolidation of the interface between dentine and bonding resins). Presentato dal Dip. Scienze Odontostomatologiche, Università La Sapienza di Roma.
A breve il gruppo inizierà la caratterizzazione di nuove tipologie di scaffolds realizzati dal Dipartimento di Scienze e Tecnologie Chimiche dell’Università degli Studi di Roma di Tor Vergata nell’ambito della collaborazione ad un progetto del MIUR per i Programmi di Ricerca Scientifica di Rilevante Interesse Nazionale (PRIN) 2006 (anno finanziario 2007) dal titolo: Preparazione di scaffold di HA, polimerici ed ibridi per applicazioni in medicina rigenerativa.

Chi siamo
Bedini Rossella (Pimo Ricercatore)
Ioppolo Pietro (Collaboratore Tecnico)
Pecci Raffaella (Co.Co.Co)

Contatti
Bedini Rossella
Reparto Biomateriali e Biosistemi
Dipartimento Tecnologie e Salute
V.le Regina Elena 299 -00161 Roma
Tel. 06 4990 2708/2027
e-mails: Rossella Bedini; Raffaella Pecci; Pietro Ioppolo

Pubblicato il 08-10-2006 in Ingegneria Biomedica, Biomateriali e Dispositivi Medici , aggiornato al 13-05-2013

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