Biocompatibilità

Ministro dell’Istruzione Superiore e della Ricerca Scientifica

Università di ANNABA

Facoltà di Medicina

Dipartimento di Chirurgia Odontoiatrica

Modulo biomateriali

Biocompatibilità

Dott. FARAH. L

2 ° anno 

2013-2014

Introduzione

Biocompatibilità, che è stata oggetto di una conferenza di consenso e la cui valutazione segue una norma ISO 10-993 che annulla e sostituisce le vecchie norme di biocompatibilità.

Per anni, biocompatibilità è stata sinonimo di inerzia, nel senso che un materiale che non presentava problemi biologici era considerato biocompatibile. Infatti, la biocompatibilità è diversa dalla tolleranza a un materiale perché presuppone una risposta adeguata da parte dell’ospite. 

La biocompatibilità comprende l’insieme delle risposte dell’organismo all’impiego di un biomateriale e deve essere valutata mediante una serie di test previsti dalla norma ISO. Ciò vale per tutti i dispositivi medici, indipendentemente dal campo di applicazione medica.

1. Definizioni

1.1 Definizione di dispositivo medico:

Qualsiasi strumento, apparecchio, materiale o altro articolo (come il software), utilizzato da solo o in combinazione, destinato ad essere utilizzato esclusivamente o principalmente sull’uomo allo scopo di:

• per la diagnosi, la prevenzione, il controllo, il trattamento o l’attenuazione di un infortunio o di una disabilità,
• di studio, sostituzione o modifica dell’anatomia o di un processo fisiologico,
• del controllo della contraccezione.

L’azione principale non viene raggiunta con mezzi farmacologici, chimici, immunologici, metabolici, ma può essere coadiuvata da tali mezzi.

Un medicinale, per definizione, non è un dispositivo medico. La sua valutazione sarà quindi diversa da quella di un dispositivo medico. Tra i dispositivi medici rientrano anche i dispositivi dentali, la cui valutazione è pertanto conforme alle norme generali applicabili ai dispositivi medici. 

1.2 Definizione di biomateriale:

Un biomateriale è un materiale non vivente utilizzato in un dispositivo medico, per scopi terapeutici o non terapeutici, e destinato a interagire con i sistemi biologici.

Secondo questa definizione, un innesto non è quindi un biomateriale. D’altro canto, un copricapo o una lente a contatto sono uno di questi.

I biomateriali sono classificati nelle classi I, IIa, IIb e III, a seconda della durata e della natura del contatto, nonché dell’origine chimica del biomateriale. 

• Classe I: dispositivi medici non invasivi o invasivi per uso temporaneo.
• Classe IIa: dispositivi medici invasivi della sfera orofaringea a breve e lungo termine.
• Classe IIb: dispositivi medici invasivi a lungo termine diversi dalla sfera orofaringea.
• Classe III: Dispositivi medici invasivi a lungo termine a contatto con il cuore, il sistema circolatorio e il sistema nervoso.

In base a questa classificazione, i biomateriali non dovranno essere sottoposti agli stessi test: i biomateriali dentali sono classificati IIa. Dovranno quindi essere sottoposti ai seguenti test: genotossicità, citotossicità, sensibilizzazione e impianto.

1.3 Definizione di biocompatibilità:

La biocompatibilità è la capacità di un biomateriale di svolgere una funzione specifica con una risposta adeguata da parte dell’ospite.

La biocompatibilità è da tempo sinonimo di inerzia dei materiali, cioè legata all’assenza di risposta dell’ospite e all’assenza di degradazione da parte dell’ospite.

L’oro, ad esempio, può essere definito un materiale biocompatibile o meno a seconda dello scopo per cui viene utilizzato: è considerato biocompatibile se viene utilizzato per un restauro coronale ma non se viene utilizzato come impianto ortopedico perché non induce osteointegrazione come il titanio.

2. Test effettuati

2.1 Cronologia:

Esiste una cronologia dei test eseguiti

• test primari:

• test di genotossicità in vitro (obbligatori in odontoiatria),
• test di cancerogenicità e riproduzione ( in vivo),
• test di emolisi ( in vitro),
• test di tossicità sistemica ( in vivo),
• test di citotossicità ( in vitro) obbligatori in odontoiatria.
• test secondari:

• test di irritazione delle mucose (in vivo),
• test di irritazione cutanea ( in vivo),
• test di sensibilizzazione ( in vivo) ( obbligatori in odontoiatria),
• test di implantologia ( in vivo) ( obbligatori in odontoiatria).

• sperimentazioni sull’uso degli animali.
• sperimentazioni cliniche sugli esseri umani.

2.2 Correlazione tra test primari e test secondari:

Da un punto di vista etico è auspicabile una buona correlazione tra test primari e secondari. Contribuisce a ridurre il numero di animali sacrificati perché solo i prodotti che hanno superato con successo i test primari vengono sottoposti a test secondari.

2.3 Vantaggi e svantaggi dei test in vitro e dei test in vivo:

2.3.1. Test in vitro:

• Vantaggi:

• più veloce dei test in vivo,
• meno costoso,
• riproducibile,
• I test in vitro consentono di valutare separatamente gli effetti biologici di ciascun componente del materiale.
• Svantaggi:
• hanno poco a che fare con la clinica,
• sono troppo sensibili.

2.3.2. Test in vivo:

• Vantaggi:
• sono molto più vicini alla clinica,

• Permettono di valutare gli effetti di un materiale su organi lontani dall’organo bersaglio,
• Permettono di valutare la tossicità dei metaboliti. Un materiale può infatti rivelarsi biocompatibile mentre i suoi prodotti di degradazione, una volta metabolizzati dall’organismo, rivelarsi pericolosi,
• L’interpretazione dei risultati è talvolta più semplice perché il rapporto con la clinica è spesso più evidente.
• Svantaggi:

• i test effettuati sugli animali da laboratorio (due specie di mammiferi) potrebbero non essere rilevanti per gli esseri umani,
• l’effetto dannoso può passare inosservato se non viene ricercato e quindi non valutato,
•  tempistica non corretta della sperimentazione (l’effetto deleterio si manifesta dopo i periodi di osservazione) la valutazione e l’interpretazione dei risultati possono essere difficili,
• Potrebbe essere difficile simulare una patologia preesistente (carie, lesione parodontale).

3. Test primari

3.1 Test di genotossicità:

Valutano gli effetti dei dispositivi medici e dei loro prodotti di degradazione sulle mutazioni genetiche, sui cambiamenti nella struttura cromosomica o su qualsiasi altra modifica dei geni e del DNA. Il più noto è il test di Ames. I mutanti della Salmonella Typhimurium, che sono altamente sensibili alle mutazioni genetiche, non sono in grado di sintetizzare l’istidina. Se questo ceppo subisce una mutazione, prima o poi diventerà capace di sintetizzare l’istidina e quindi di crescere su un terreno privo di istidina. Osserviamo poi sulla superficie formazioni il cui numero è proporzionale all’effetto genotossico.

3.2 Test di citotossicità:

Il materiale viene messo a contatto con le cellule bersaglio e poi ne viene valutata la vitalità.

Per giudicare la validità del test di citotossicità è necessario porsi tre domande:

– quali cellule bersaglio scegliere?

– quale criterio dovrebbe essere scelto per valutare la vitalità cellulare?

– il metodo per unire le cellule e il materiale è giudizioso?

• E

3.2.2. Criteri di valutazione della citotossicità:

Ci sono due possibilità:

• Test di tossicità basale  : valido su tutte le cellule. Risponde alla domanda: la cellula è viva oppure no, o meglio: la cellula è viva ma le sue funzioni cellulari sono intatte (studio della funzione mitocondriale)?
• Test di tossicità specifica: valido su colture primarie. Risponde alla domanda se la cellula svolga la funzione per cui esiste.

3.2.3. I diversi test:

• Test di contatto diretto: il materiale viene posizionato sul fondo di una capsula di coltura cellulare utilizzando una colla biologica. Le cellule sospese nel terreno di coltura vengono poi seminate nella capsula. Le cellule bersaglio aderiscono quindi al fondo della capsula e, dopo un tempo prestabilito, viene misurata la distanza che le separa dal materiale: le cellule entrano in contatto con il materiale se questo non è tossico, mentre ne rimangono distanti se rilascia prodotti citotossici.
• Piastratura in agarosio: le cellule vengono seminate sul fondo di una piastra di coltura. Il terreno di coltura viene sostituito dall’agarosio. Dopo la gelificazione dell’agarosio sulle cellule, il materiale da analizzare viene posto sulla superficie dell’agar indurito e il tutto viene rimesso nell’incubatrice per 24 ore. I prodotti citotossici rilasciati dal materiale si diffondono attraverso l’agarosio e raggiungono le cellule bersaglio.
• Interposizione di dentina naturale: una fetta di dentina tagliata con una sega diamantata viene interposta tra le cellule bersaglio e il materiale da testare. Il materiale viene applicato sulla dentina seguendo le raccomandazioni del produttore.

4. Test secondari

4.1. Il test di consapevolezza:

Il test di riferimento è il Guinea Pig Maximization Test (GPMT) effettuato su cavie. Gli animali vengono messi a contatto con il biomateriale due volte a intervalli di 15 giorni.  

La pelle viene osservata dopo 24, 48 e 72 ore e ne viene valutata la reazione cutanea. L’animale non viene sacrificato e non esiste alcuna valutazione istologica dei risultati.

4.2 Test di impianto:

Dopo l’impianto intraosseo del materiale nella mandibola o nel femore del coniglio, gli animali vengono sacrificati dopo 1 mese (a breve termine) o 3 mesi (a lungo termine). Dopo la preparazione istologica, i risultati vengono analizzati secondo i seguenti criteri della norma ISO 10-993:

– presenza di cellule infiammatorie,

– interposizione fibrosa,

– degenerazione del midollo osseo,

– necrosi ossea,

– presenza di detriti,

– granuloma.

Ciò consente di classificare le reazioni come assenti, lievi, moderate e gravi.

5. Test di utilizzo (biofunzionalità):

Durante i test di usabilità, i materiali vengono utilizzati sugli animali in condizioni reali di posizionamento e funzione. Non sono obbligatori e restano di responsabilità del produttore che deve decidere se sia necessario o meno sacrificare gli animali da laboratorio. Ad esempio, ciò potrebbe comportare la sperimentazione di un materiale di restauro coronale mediante il riempimento di cavità di classe V nelle scimmie, oppure la sperimentazione di un materiale endodontico eseguendo un trattamento canalare completo nelle scimmie o nei cani.

Questi test sono pochi perché sono costosi e difficili da giustificare.

6. Sperimentazioni cliniche:

Vengono effettuati sugli esseri umani previa consultazione del comitato etico dipartimentale. Sono avviati da un “promotore”, realizzati in clinica da un “investigatore” e i risultati sono verificati da un “monitor” indipendente.

Conclusione:

La valutazione della biocompatibilità può essere effettuata solo tramite una serie di test. Queste devono essere realizzate ma soprattutto interpretate da specialisti in base al futuro utilizzo clinico del biomateriale. 

Per valutare la biocompatibilità di un dato biomateriale, alcuni test sono più adatti di altri a seconda del tipo di materiale. Ministro dell’Istruzione Superiore e della Ricerca Scientifica

Università di ANNABA

Facoltà di Medicina

Dipartimento di Chirurgia Odontoiatrica

Modulo biomateriali

Biocompatibilità

Dott. FARAH. L

2 ° anno 

2013-2014

Introduzione

Biocompatibilità, che è stata oggetto di una conferenza di consenso e la cui valutazione segue una norma ISO 10-993 che annulla e sostituisce le vecchie norme di biocompatibilità.

Per anni, biocompatibilità è stata sinonimo di inerzia, nel senso che un materiale che non presentava problemi biologici era considerato biocompatibile. Infatti, la biocompatibilità è diversa dalla tolleranza a un materiale perché presuppone una risposta adeguata da parte dell’ospite. 

La biocompatibilità comprende l’insieme delle risposte dell’organismo all’impiego di un biomateriale e deve essere valutata mediante una serie di test previsti dalla norma ISO. Ciò vale per tutti i dispositivi medici, indipendentemente dal campo di applicazione medica.

1. Definizioni

1.1 Definizione di dispositivo medico:

Qualsiasi strumento, apparecchio, materiale o altro articolo (come il software), utilizzato da solo o in combinazione, destinato ad essere utilizzato esclusivamente o principalmente sull’uomo allo scopo di:

• per la diagnosi, la prevenzione, il controllo, il trattamento o l’attenuazione di un infortunio o di una disabilità,
• di studio, sostituzione o modifica dell’anatomia o di un processo fisiologico,
• del controllo della contraccezione.

L’azione principale non viene raggiunta con mezzi farmacologici, chimici, immunologici, metabolici, ma può essere coadiuvata da tali mezzi.

Un medicinale, per definizione, non è un dispositivo medico. La sua valutazione sarà quindi diversa da quella di un dispositivo medico. Tra i dispositivi medici rientrano anche i dispositivi dentali, la cui valutazione è pertanto conforme alle norme generali applicabili ai dispositivi medici. 

1.2 Definizione di biomateriale:

Un biomateriale è un materiale non vivente utilizzato in un dispositivo medico, per scopi terapeutici o non terapeutici, e destinato a interagire con i sistemi biologici.

Secondo questa definizione, un innesto non è quindi un biomateriale. D’altro canto, un copricapo o una lente a contatto sono uno di questi.

I biomateriali sono classificati nelle classi I, IIa, IIb e III, a seconda della durata e della natura del contatto, nonché dell’origine chimica del biomateriale. 

• Classe I: dispositivi medici non invasivi o invasivi per uso temporaneo.
• Classe IIa: dispositivi medici invasivi della sfera orofaringea a breve e lungo termine.
• Classe IIb: dispositivi medici invasivi a lungo termine diversi dalla sfera orofaringea.
• Classe III: Dispositivi medici invasivi a lungo termine a contatto con il cuore, il sistema circolatorio e il sistema nervoso.

In base a questa classificazione, i biomateriali non dovranno essere sottoposti agli stessi test: i biomateriali dentali sono classificati IIa. Dovranno quindi essere sottoposti ai seguenti test: genotossicità, citotossicità, sensibilizzazione e impianto.

1.3 Definizione di biocompatibilità:

La biocompatibilità è la capacità di un biomateriale di svolgere una funzione specifica con una risposta adeguata da parte dell’ospite.

La biocompatibilità è da tempo sinonimo di inerzia dei materiali, cioè legata all’assenza di risposta dell’ospite e all’assenza di degradazione da parte dell’ospite.

L’oro, ad esempio, può essere definito un materiale biocompatibile o meno a seconda dello scopo per cui viene utilizzato: è considerato biocompatibile se viene utilizzato per un restauro coronale ma non se viene utilizzato come impianto ortopedico perché non induce osteointegrazione come il titanio.

2. Test effettuati

2.1 Cronologia:

Esiste una cronologia dei test eseguiti

• test primari:

• test di genotossicità in vitro (obbligatori in odontoiatria),
• test di cancerogenicità e riproduzione ( in vivo),
• test di emolisi ( in vitro),
• test di tossicità sistemica ( in vivo),
• test di citotossicità ( in vitro) obbligatori in odontoiatria.
• test secondari:

• test di irritazione delle mucose (in vivo),
• test di irritazione cutanea ( in vivo),
• test di sensibilizzazione ( in vivo) ( obbligatori in odontoiatria),
• test di implantologia ( in vivo) ( obbligatori in odontoiatria).

• sperimentazioni sull’uso degli animali.
• sperimentazioni cliniche sugli esseri umani.

2.2 Correlazione tra test primari e test secondari:

Da un punto di vista etico è auspicabile una buona correlazione tra test primari e secondari. Contribuisce a ridurre il numero di animali sacrificati perché solo i prodotti che hanno superato con successo i test primari vengono sottoposti a test secondari.

2.3 Vantaggi e svantaggi dei test in vitro e dei test in vivo:

2.3.1. Test in vitro:

• Vantaggi:

• più veloce dei test in vivo,
• meno costoso,
• riproducibile,
• I test in vitro consentono di valutare separatamente gli effetti biologici di ciascun componente del materiale.
• Svantaggi:
• hanno poco a che fare con la clinica,
• sono troppo sensibili.

2.3.2. Test in vivo:

• Vantaggi:
• sono molto più vicini alla clinica,

• Permettono di valutare gli effetti di un materiale su organi lontani dall’organo bersaglio,
• Permettono di valutare la tossicità dei metaboliti. Un materiale può infatti rivelarsi biocompatibile mentre i suoi prodotti di degradazione, una volta metabolizzati dall’organismo, rivelarsi pericolosi,
• L’interpretazione dei risultati è talvolta più semplice perché il rapporto con la clinica è spesso più evidente.
• Svantaggi:

• i test effettuati sugli animali da laboratorio (due specie di mammiferi) potrebbero non essere rilevanti per gli esseri umani,
• l’effetto dannoso può passare inosservato se non viene ricercato e quindi non valutato,
•  tempistica non corretta della sperimentazione (l’effetto deleterio si manifesta dopo i periodi di osservazione) la valutazione e l’interpretazione dei risultati possono essere difficili,
• Potrebbe essere difficile simulare una patologia preesistente (carie, lesione parodontale).

3. Test primari

3.1 Test di genotossicità:

Valutano gli effetti dei dispositivi medici e dei loro prodotti di degradazione sulle mutazioni genetiche, sui cambiamenti nella struttura cromosomica o su qualsiasi altra modifica dei geni e del DNA. Il più noto è il test di Ames. I mutanti della Salmonella Typhimurium, che sono altamente sensibili alle mutazioni genetiche, non sono in grado di sintetizzare l’istidina. Se questo ceppo subisce una mutazione, prima o poi diventerà capace di sintetizzare l’istidina e quindi di crescere su un terreno privo di istidina. Osserviamo poi sulla superficie formazioni il cui numero è proporzionale all’effetto genotossico.

3.2 Test di citotossicità:

Il materiale viene messo a contatto con le cellule bersaglio e poi ne viene valutata la vitalità.

Per giudicare la validità del test di citotossicità è necessario porsi tre domande:

– quali cellule bersaglio scegliere?

– quale criterio dovrebbe essere scelto per valutare la vitalità cellulare?

– il metodo per unire le cellule e il materiale è giudizioso?

• E

3.2.2. Criteri di valutazione della citotossicità:

Ci sono due possibilità:

• Test di tossicità basale  : valido su tutte le cellule. Risponde alla domanda: la cellula è viva oppure no, o meglio: la cellula è viva ma le sue funzioni cellulari sono intatte (studio della funzione mitocondriale)?
• Test di tossicità specifica: valido su colture primarie. Risponde alla domanda se la cellula svolga la funzione per cui esiste.

3.2.3. I diversi test:

• Test di contatto diretto: il materiale viene posizionato sul fondo di una capsula di coltura cellulare utilizzando una colla biologica. Le cellule sospese nel terreno di coltura vengono poi seminate nella capsula. Le cellule bersaglio aderiscono quindi al fondo della capsula e, dopo un tempo prestabilito, viene misurata la distanza che le separa dal materiale: le cellule entrano in contatto con il materiale se questo non è tossico, mentre ne rimangono distanti se rilascia prodotti citotossici.
• Piastratura in agarosio: le cellule vengono seminate sul fondo di una piastra di coltura. Il terreno di coltura viene sostituito dall’agarosio. Dopo la gelificazione dell’agarosio sulle cellule, il materiale da analizzare viene posto sulla superficie dell’agar indurito e il tutto viene rimesso nell’incubatrice per 24 ore. I prodotti citotossici rilasciati dal materiale si diffondono attraverso l’agarosio e raggiungono le cellule bersaglio.
• Interposizione di dentina naturale: una fetta di dentina tagliata con una sega diamantata viene interposta tra le cellule bersaglio e il materiale da testare. Il materiale viene applicato sulla dentina seguendo le raccomandazioni del produttore.

4. Test secondari

4.1. Il test di consapevolezza:

Il test di riferimento è il Guinea Pig Maximization Test (GPMT) effettuato su cavie. Gli animali vengono messi a contatto con il biomateriale due volte a intervalli di 15 giorni.  

La pelle viene osservata dopo 24, 48 e 72 ore e ne viene valutata la reazione cutanea. L’animale non viene sacrificato e non esiste alcuna valutazione istologica dei risultati.

4.2 Test di impianto:

Dopo l’impianto intraosseo del materiale nella mandibola o nel femore del coniglio, gli animali vengono sacrificati dopo 1 mese (a breve termine) o 3 mesi (a lungo termine). Dopo la preparazione istologica, i risultati vengono analizzati secondo i seguenti criteri della norma ISO 10-993:

– presenza di cellule infiammatorie,

– interposizione fibrosa,

– degenerazione del midollo osseo,

– necrosi ossea,

– presenza di detriti,

– granuloma.

Ciò consente di classificare le reazioni come assenti, lievi, moderate e gravi.

5. Test di utilizzo (biofunzionalità):

Durante i test di usabilità, i materiali vengono utilizzati sugli animali in condizioni reali di posizionamento e funzione. Non sono obbligatori e restano di responsabilità del produttore che deve decidere se sia necessario o meno sacrificare gli animali da laboratorio. Ad esempio, ciò potrebbe comportare la sperimentazione di un materiale di restauro coronale mediante il riempimento di cavità di classe V nelle scimmie, oppure la sperimentazione di un materiale endodontico eseguendo un trattamento canalare completo nelle scimmie o nei cani.

Questi test sono pochi perché sono costosi e difficili da giustificare.

6. Sperimentazioni cliniche:

Vengono effettuati sugli esseri umani previa consultazione del comitato etico dipartimentale. Sono avviati da un “promotore”, realizzati in clinica da un “investigatore” e i risultati sono verificati da un “monitor” indipendente.

Conclusione:

La valutazione della biocompatibilità può essere effettuata solo tramite una serie di test. Queste devono essere realizzate ma soprattutto interpretate da specialisti in base al futuro utilizzo clinico del biomateriale. 

Per valutare la biocompatibilità di un dato biomateriale , alcuni test sono più adatti di altri a seconda del tipo di materiale.

Biocompatibilità

  La carie precoce nei bambini deve essere curata tempestivamente.
Le faccette dentali nascondono imperfezioni come macchie o crepe.
I denti disallineati possono causare difficoltà nella masticazione.
Gli impianti dentali forniscono una soluzione stabile per sostituire i denti mancanti.
I collutori antisettici riducono i batteri che causano l’alito cattivo.
I denti da latte cariati possono compromettere la salute dei denti permanenti.
Uno spazzolino con setole morbide protegge lo smalto e le gengive.
 

Biocompatibilità