Mineralogia e tecniche di analisi strutturale - raggi X, microscopia elettronica (SEM), spettroscopia a infrarossi (FTIR) - mettono in luce nuovi materiali compatibili con l’odontoiatria, come un’ampia famiglia di fosfati di calcio, molto diffusi nelle rocce terrestri e replicati già da anni nei laboratori.
L’idrossiapatite, è di grande importanza per l’uomo, costituendo la parte minerale dei tessuti duri: ossa e denti. Il Dentista Moderno ne ha parlato con il dottor Francesco Capitelli dell’Istituto di Cristallografia del CNR, guest editor su Crystals di una edizione speciale su apatiti e fosfati di calcio.
Vuole descrivere, dottor Capitelli, specificità e struttura di tali materiali?
L’apatite Ca5(PO4)3(F, Cl, OH) è un minerale molto diffuso nelle rocce magmatiche (graniti, basalti, ecc), la cui struttura cristallina permette varie sostituzioni cationiche (al posto del calcio) e anioniche (al posto del fosfato), dando luogo a termini naturali del gruppo quali fluoroapatite Ca5(PO4)3F, cloroapatite Ca5(PO4)3Cl, vanadinite Pb5(VO4)3Cl, ecc. Il focus va qui sul termine più conosciuto, l’idrossiapatite Ca5(PO4)3(OH), che oltre a esser reperibile nelle rocce terrestri e meteoriti, è molto importante perché costituisce la componente minerale della matrice ossea e si trova poi nei denti, smalto e dentina.
Quali fra le loro caratteristiche più interessano la medicina?
Sono molto versatili, poiché grazie alla facilità di sostituzione cationica del calcio, trovano spazio in diversi settori, come ad esempio lo stoccaggio di cationi pesanti e scorie nucleari. Sono inoltre eccellenti filtri per la depurazione idrica, fertilizzanti in agricoltura, e usati sui monumenti lapidei come film protettivo contro piogge acide e degrado atmosferico.
Ma nel campo dei biomateriali l’idrossiapatite trova il maggior riscontro, data appunto l’affinità con ossa e denti. Intanto, quando il calcio viene rimpiazzato dalle terre rare (Eu, Nd, e altre) è un eccellente phosphor material, capace di assorbire energia incidente e trasformarla in radiazione visibile: per questo viene applicato nell’imaging diagnostico. In ortopedia poi è un ottimo cemento e filler osseo, e viene largamente impiegata come coating biocompatibile sugli impianti di protesi in titanio.
Quali sono le loro possibili applicazioni in odontoiatria?
In implantologia odontoiatrica, grazie allo studio strutturale delle apatiti naturali, gli scienziati continuano a migliorare i loro analoghi sintetici per aumentarne la resa nelle applicazioni biomediche.
In particolare, l’idrossiapatite è utilizzata come cemento per riparare lesioni della dentina e dello smalto dovute alle carie. La sfida lanciata dai ricercatori è trovare nuove apatiti di sintesi apportando alla formula dell’apatite sostituzioni che migliorino la resa meccanica del materiale, pur conservando eccellente biocompatibilità.
In tal senso si è sviluppata la collaborazione con il professor Altin Mele dell’università di Tirana in Albania, che ha portato all’elaborazione di nuove apatiti di sintesi perfettamente biocompatibili con la sostituzione parziale nei siti strutturali del calcio da parte di Sr e Zn, elementi dalle riconosciute proprietà antibatteriche. I
l risultato sono nuovi prodotti di sintesi oggi in fase di caratterizzazione in laboratorio sia sotto il punto di vista chimico-fisico - tramite tecniche come raggi X, FTIR e SEM - sia dal punto di vista biologico per valutare l’effetto antibatterico contro batteri del cavo orale come S. mutanti e E. coli, o funghi come C. albicans, spesso causa di carie e lesioni ai denti, a totale futuro beneficio del paziente.
