TOPICS in MEDICINE - Vol.15, N.1-2, 2009


		Original articles

		Materials and technologies for craniofacial tissue repair and regeneration R. De Santis, A. Gloria, L. Ambrosio TOPICS in MEDICINE 2010; 16 (1-4).		PDF 537 KB

		Abstract

		SUMMARY: The term “cranioplasty” refers to the correction of bone defects or deformities in the cranium using a biocompatible material. Over the past years, a wide range of materials has been employed to repair cranial defects. Titanium, especially in the form of sheet and mesh devices, poly-methyl-methacrylate based bone cement and hydroxyapatite have been already used for cranioplasty. Such materials present different physico-chemical properties and biological performances. Moreover, the above mentioned materials may be employed alone or in combination with other materials such as calvarial bone. In particular, autologous bone and bone cement represent the two most common approaches to create a repair. However, the advanced design of structural craniofacial devices needs materials with complex combinations of properties. The present chapter will deal with concepts in implant designing, materials and engineering technologies for cranioplasty, as well as future trends in the field. Synthetic non-degradable, partially degradable and fully degradable biomaterials, spanning from acrylic cements to materials for manufacturing prostheses and scaffolds for hard tissue regeneration, will be focused. Criteria and clinical indications for cranioplasty will be briefly introduced. Then, materials for repair as well as manufacturing techniques will be described taking into consideration their basic features, advantages and disadvantages. A particular emphasis will be given to rapid prototyping technologies, custom-made polymer-based composite prostheses and scaffolds. Accordingly, the possibility to integrate different techniques such as 3D image capture, 3D modelling and rapid prototyping, with those related to the materials preparation, will be highlighted in order to design custom-made prostheses or scaffolds with a 3D complex geometry. KEY WORDS: Craniofacial tissues, Cranioplasty, Materials, Prosthesis, Technologies, Tissue engineering, Scaffold. Materiali e tecnologie per la riparazione e rigenerazione dei tessuti cranio-facciali RIASSUNTO: Il termine “cranioplastica” si riferisce alla correzione di difetti o malformazioni presenti nel cranio tramite l’uso di un materiale biocompatibile. Nel corso degli anni un ampio range di materiali è stato impiegato per la riparazione di difetti cranici. Titanio, specialmente sotto forma di lamine e reti, cemento osseo a base di polimetilmetacrilato e idrossiapatite sono stati ampiamente utilizzati. Tali materiali presentano differenti proprietà chimico-fisiche e performance biologiche. Inoltre, essi possono essere impiegati da soli o in combinazione con altri materiali. In particolare, gli approcci generalmente adottati prevedono l’utilizzo di osso autologo e cemento osseo. Tuttavia, la progettazione avanzata di strutture cranio-facciali richiede materiali caratterizzati da una complessa combinazione di proprietà. Il presente capitolo tratterà concetti nell’ambito della progettazione di protesi, materiali e tecnologie ingegneristiche per la cranioplastica, delineando gli sviluppi futuri in tale settore. Saranno oggetto di analisi i biomateriali sintetici non-degradabili, parzialmente degradabili, totalmente degradabili, che vanno, quindi, dai cementi acrilici a quelli per la realizzazione di protesi e scaffold per la rigenerazione di tessuti duri mineralizzati. Verranno brevemente introdotti criteri e indicazioni cliniche circa la cranioplastica. Successivamente, i materiali utilizzati per la riparazione di difetti cranici e le tecnologie di fabbricazione verranno descritte prendendo in considerazione aspetti di base, vantaggi e svantaggi. Particolare enfasi sarà data alle tecniche di prototipazione rapida, a protesi e scaffold custom-made in materiale composito a matrice polimerica. A tale proposito, verrà illustrata la possibilità di integrare differenti tecniche come quelle di acquisizione e analisi delle immagini e di prototipazione rapida con quelle relative alla preparazione dei materiali da utilizzare, al fine di ottenere protesi o scaffold custom-made caratterizzati da una complessa geometria tridimensionale. PAROLE CHIAVE: Tessuti cranio-facciali, Cranioplastica, Materiali, Protesi, Tecnologie, Ingegneria dei tessuti, Scaffold.