La riparazione della cuffia dei rotatori spesso fallisce. Per cercare una soluzione a questo problema gli ingegneri anatomici si sono ispirati alla natura per riuscire a sviluppare nuovi materiali e design.
Una scoperta di un team multi-istituzionale di ricercatori e ingegneri su come tendini e ossa si ricongiungono nell’articolazione della spalla ha sviluppato strategie ingegneristiche precedentemente insospettate per saldare materiali dissimili.
Guy Genin, Harold e Kathleen Faught Professore di Ingegneria Meccanica presso la McKelvey School of Engineering della Washington University di St. Louis, e Stavros Thomopoulos, Robert E. Carroll e Jane Chace Carroll Professore di Chirurgia Ortopedica alla Columbia University, hanno guidato un team che ha scoperto un’architettura fibrosa precedentemente sconosciuta tra i tendini della cuffia dei rotatori e i loro attacchi ossei nella spalla.
I risultati del lavoro sono stati pubblicati sulla rivista scientifica Science Advances.
Cuffia dei rotatori: ecco come funziona l’esclusiva architettura fibrosa
Le lesioni della cuffia dei rotatori, tra le lesioni tendinee più comuni negli adulti, si verificano quando i tendini si staccano o si rompono vicino all’osso. Per dare un’occhiata più da vicino all’entesi, o al materiale di transizione in cui ciascuno dei quattro tendini della cuffia dei rotatori si attacca all’osso, il team ha applicato una nuova tecnica di microtomografia computerizzata (microCT).
Le immagini hanno rivelato un sito nascosto nell’entesi del tendine sovraspinato delle spalle del topo, dove le fibre tendinee si inserivano direttamente nell’osso per circa il 30% dell’impronta di attacco ben nota.
Attraverso l’analisi biomeccanica, insieme a simulazioni numeriche, hanno scoperto che la robustezza della cuffia dei rotatori sana deriva dalla composizione, dalla struttura e dalla posizione dell’entesi poiché l’architettura della fibrosi tessuti molli interagisce con quella dell’osso. È stata la prima volta che i ricercatori sono stati in grado di vedere contemporaneamente sia i tessuti molli che quelli duri della cuffia dei rotatori.
“Quando l’autore principale Mikhail Golman ci ha mostrato per la prima volta queste immagini, ci siamo resi conto che gran parte della vecchia immagine di come interagiscono tendini e ossa doveva essere ridisegnata“, ha dit Genin. “Il sistema di fibre sembra come fibre in una corda, e possiamo capire molto da dove viene la resistenza capendo come queste fibre si rompono in sequenza quando sono vicino all’osso. È un nuovo modo di pensare a come attaccare materiali diversi”.
Dopo che il team ha trovato il sito nascosto, ci sono state ulteriori scoperte man mano che procedevano: “Ogni esperimento che abbiamo fatto ha rivelato nuove affascinanti caratteristiche del sistema di attacco“, ha spiegato Thomopoulos. “Ci siamo subito resi conto che gli aspetti fondamentali di questo problema dovevano essere ripensati da zero”.
“Il nostro obiettivo era capire dove la cuffia dei rotatori sana ottiene la sua tenacità e forza e in quali condizioni si rompe. Abbiamo scoperto che la resistenza della cuffia dei rotatori varia come una funzione della posizione della spalla, aiutando a spiegare le differenze nei modelli di lesioni osservate nei pazienti”, ha continuato l’esperto.
Il team ha scoperto che la robustezza della cuffia dei rotatori deriva dal fatto che le fibre aiutano a costruire il ponte tra il tessuto e l’osso. La durezza si riferisce a quanta energia è necessaria per rompere una struttura, mentre la forza si riferisce a quanto si deve tirare per romperla.
“Abbiamo scoperto che c’è in realtà un compromesso tra forza e resistenza con questi sistemi di fibre“, ha continuato Genin. “Se riduci la resistenza complessiva consentendo ad alcune delle fibre di rompersi, puoi effettivamente rendere la struttura più dura perché aumenta la quantità di energia assorbita”.
Lo scienziato ha affermato che i loro risultati hanno mostrato che replicare la struttura della fibra è essenziale per una guarigione efficace e indolore dopo la riparazione della cuffia dei rotatori.
Lo studioso ha affermato che i loro risultati hanno mostrato che replicare la struttura della fibra è essenziale per una guarigione efficace e indolore dopo la riparazione della cuffia dei rotatori.:
“Questa ricerca ci ha dato uno sguardo completamente nuovo su questa regione frequentemente ferita e ha presentato un nuovo modo di pensare su come collegare questi due materiali diversi”.
“Questo non è importante solo per gli interventi chirurgici, ma per tutti i tipi di errori ingegneristici che si verificano quando si collega un materiale a qualcosa con un’architettura diversa. Unendo i paradigmi architettonici tra i materiali e consentendo il fallimento distribuito degli elementi che si uniscono, puoi aumentare notevolmente la resistenza“, ha concluso l’esperto.
