Il corso integrato intende permettere agli studenti di acquisire conoscenze specifiche sulle soluzioni innovative riguardo ai biomateriali utilizzati nel settore ortopedico, maxillofacciale e dentale (modulo di Biomateriali [1]) e in applicazioni a contatto con i tessuti molli (modulo Biomateriali [2]).

Obiettivo del modulo Biomateriali [1] è guidare gli studenti nell’acquisizione di una visione critica e approfondita dello stato dell’arte e delle prospettive riguardo ai materiali impiegati per la realizzazione di dispositivi impiantabili e protesi nei settori ortopedico, dentale e maxillofacciale tramite la partecipazione attiva degli studenti durante le ore d’aula.

L’insegnamento del modulo Biomateriali [2] si propone di fornire allo studente gli strumenti necessari per approfondire le conoscenze per comprendere le tipologie e le problematiche relative a biomateriali innovativi per la realizzazione dispositivi per la sostituzione di tessuti molli del corpo umano nell'ambito della medicina riparativa. Lo studente riceverà, anche tramite partecipazione attiva, conoscenze riguardo le problematiche aperte e le soluzioni innovative proposte connesse all’impiego dei biomateriali, con particolare attenzione verso i materiali polimerici, per la realizzazione di dispositivi impiantabili e protesi nei settori cardiovascolare, chirurgia plastica ricostruttiva, oftalmologico e nella chirurgia mini-invasiva.

A seguito del superamento dell'esame, lo studente:

• conoscerà la situazione applicativa e le caratteristiche chiave dei dispositivi in ambito ortopedico, maxillofacciale e dentale;
• conoscerà i più recenti sviluppi dei biomateriali per l'impiego nella realizzazione di dispositivi impiantabili e protesi nei settori ortopedico, dentale e maxillofacciale;
• conoscerà le principali tecniche di caratterizzazione meccanica specifiche di ciascuna classe di biomateriali;
• conoscerà i materiali, con particolare riguardo a quelli innovativi, che vengono impiegati in ambito della medicina riparativa; in particolare, apprenderà le caratteristiche che li rendono adeguati per applicazioni in questo ambito;
• conoscerà le principali caratteristiche dei compositi a matrice polimerica con i quali ottenere strutture adeguate per applicazioni nell’ambito della medicina riparativa;
• sarà in grado di applicare le conoscenze acquisite per la selezione di nuovi materiali per la realizzazione di dispositivi;
• sarà in grado di applicare tutte le informazioni acquisite per la risoluzione di problematiche nell’ambito della medicina riparativa nell’ambito cardio-vascolare, chirurgia plastica ricostruttiva, oftalmologico e nella chirurgia mini-invasiva;
• sarà in grado di affrontare ulteriori approfondimenti (ad es. in altri insegnamenti o corsi) nel campo della medicina riparativa;
• sarà in grado di applicare le conoscenze trasmesse a problemi di carattere biomedico;
• sarà in grado di sviluppare e proporre alcune soluzioni motivate a problematiche reali ancora aperte nel settore dei biomateriali.

Materiali per l'ortopedia: Materiali per impianti articolari ortopedici. Metodi per la fissazione di impianti ortopedici. Cementi ossei, loro caratteristiche e proprietà. Impianti osteointegrati e trattamenti di superficie per l'osteointegrazione. Trattamenti innovativi e sperimentali per l'osteointegrazione.

Materiali e trattamenti di superficie per l'osteosintesi e la fissazione esterna. Materiali per la rigenerazione del tessuto osseo.

Tribologia delle articolazioni artificiali d'anca e di ginocchio. Materiali e trattamenti per le articolazioni artificiali. Articolazioni metallo-polietilene, ceramica-ceramica, metallo-metallo e metallo-ceramica. Materiali per la rigenerazione articolare (non occorre però parlare di ingegneria dei tessuti perché ci sono corsi ad hoc).

Materiali per applicazioni dentali e per la chirurgia maxillofacciale:

Impianti e sistemi protesici dentali. Trattamenti di superficie per l'osteointegrazione degli impianti dentali. Strategie per il controllo dell'adesione e proliferazione batterica. Leghe a memoria di forma.

Tecnologie innovative per la trasformazione e lavorazione dei materiali metallici per la fabbricazione di dispositivi medici impiantabili.

Studio delle proprietà meccaniche e dinamico-meccaniche per biomateriali polimerici. 

Polimeri biodegradabili di sintesi: metodi di lavorazione, sterilizzazione e problemi di degradazione. Copolimeri a blocchi e poliuretani a segmenti: metodi di sintesi in laboratorio ed a livello industriale. Elastomeri termoplastici: i copolimeri SIBS. Tecnopolimeri: poliimmidi, polisolfoni e poliarilchetoni. Proprietà e applicazioni del PEEK. 

Materiali polimerici avanzati: polimeri a memoria di forma e materiali stimuli-responsive.

Materiali compositi a matrice polimerica e loro applicazioni come biomateriali.

Studio dell'interazione biomateriale - sistema vivente in vitro ed in vivo. Strategie antibatteriche.

Biomateriali in applicazioni cardiovascolari. Tipologie e problematiche connesse con protesi vascolari, valvolari cardiache e stent.

Biomateriali in oftalmologia: cheratoprotesi, lenti a contatto e lenti intraoculari.

Biomateriali in chirurgia plastica ricostruttiva. Tipologie e problematiche connesse con le protesi mammarie.

Biomateriali e cura delle ferite.

Partendo da casi studio e da esempi applicativi, saranno descritte le attuali strategie e possibilità di sviluppo nella ricerca e nella realizzazione di nuovi materiali e dispositivi.

Verranno anche svolti seminari tenuti da esperti e esponenti del mondo industriale per approfondire alcune tematiche affrontate dal docente durante le lezioni.

Le esercitazioni, svolte in gruppo, verteranno sull’applicazione delle conoscenze chiave dell’insegnamento, e verranno svolte durante tutta la durata del corso. In particolare, le esercitazioni verteranno sull’approfondimento di argomenti trattati a lezione.

Bioingegneria Chimica, Corso erogato nell’ambito della Laurea in Ingegneria Biomedica. In alternativa, un corso di base di scienza dei materiali e conoscenze base di biocompatibilità.

La valutazione riguarda l’attività svolta in aula durante il corso e una prova scritta per ciascun modulo del Corso integrato, nelle quali verrà chiesto allo studente di rispondere a domande ed esercizi su concetti fondamentali trattati durante il corso, utilizzando il formalismo e la terminologia appropriati. Non è prevista alcuna prova orale.

Per il superamento dell’esame, lo studente deve dimostrare di:

• conoscere le tipologie e le caratteristiche di biomateriali impiegati in ambito ortopedico, maxillofacciale, dentale, cardio-vascolare, ricostruttivo;
• saper affrontare, sviluppare e proporre una soluzione ad una problematica selezionata, caratteristica del settore ortopedico, maxillofacciale, dentale, cardio-vascolare, ricostruttivo;
• conoscere la struttura e le proprietà dei biomateriali innovativi;
• aver acquisito concetti riguardanti le tecniche di caratterizzazione meccanica specifiche per i biomateriali;
• conoscere le tipologie di materiali utilizzabili in ambito della medicina ricostruttiva;
• conoscere i meccanismi di interazione biomateriale-sistema vivente, con particolare riguardo ai fenomeni di adesione batterica;
• conoscere le caratteristiche, le tipologie e le principali applicazioni dei biomateriali polimerici per patologie a carico di tessuti molli (es., pelle, cardio-vascolare);
• applicare le conoscenze acquisite per valutare le possibili applicazioni dei biomateriali in ambito della medicina ricostruttiva;
• saper sviluppare, proporre e discutere le possibili applicazioni dei biomateriali in ambito biomedico;
• saper gestire risorse e tempi per il completamento delle attività assegnate.