• caratterizzazione meccanica mesh
• ernia
• sistemi per la riparazione
• sperimentale

Questa tesi si inserisce all’interno del progetto di ricerca ISIGLUE, che ha l’obiettivo di valutare l’uso delle protesi erniarie e dei sistemi di fissaggio nella riparazione del difetto erniario. L’ernia ha un’elevata incidenza nella popolazione e un alto rischio di recidiva, rendendo necessarie soluzioni efficaci per il trattamento. Le tecniche chirurgiche impiegate comprendono la chirurgia a cielo aperto, laparoscopica mininvasiva e robotica, tutte finalizzate a ripristinare la continuità della parete addominale mediante l’uso di reti e sistemi di fissaggio.
Le reti erniarie possono essere suddivise in sintetiche, biologiche e composite, mentre i sistemi di fissaggio si distinguono in invasivi (suture e tacks) e non invasivi (colle cianoacriliche). I fissaggi invasivi garantiscono un’adeguata resistenza meccanica, ma possono provocare dolore post-operatorio e complicanze dovute alla loro permanenza nei tessuti. Le colle cianoacriliche, invece, riducono il trauma biologico, ma la loro diffusione è limitata dall’assenza di linee guida specifiche per il loro utilizzo.
L’obiettivo di questa tesi è stato quello di fornire dati sperimentali utili per definire linee guida sull’uso della colla, sia da sola che in combinazione con altri sistemi di fissaggio. Considerando che il fallimento dell’impianto avviene spesso nei punti di fissaggio a seguito di un aumento della pressione intra-addominale, è fondamentale ottimizzare il numero e la distribuzione dei fissaggi. L’analisi condotta si è basata sulla caratterizzazione meccanica delle reti mediante test di trazione e sulla progettazione e realizzazione di una macchina per test in vitro. L’integrazione dei dati ottenuti permetterà lo sviluppo di modelli sperimentali e numerici, con l’obiettivo di fornire indicazioni pratiche per la selezione del metodo chirurgico più efficace e meno invasivo possibile.
La caratterizzazione meccanica delle protesi erniarie è stata condotta attraverso test di trazione uniassiale utilizzando un dinamometro Instron 5422 con cella di carico da 50N. Sono state analizzate sei tipologie di reti commerciali: due in polipropilene (PP), tre in PP con rivestimento in silicone o PVDF e una in PET con rivestimento di collagene. Tutte le reti sono macroporose e presentano differenti strutture, tra cui Surgimesh, caratterizzata da un intreccio random di filamenti.
Le prove sono state condotte con una velocità di deformazione costante di 20 mm/min fino alla rottura del campione. Ogni rete è stata testata con dodici provini rettangolari (10x50 mm), sei in una direzione e sei nella direzione perpendicolare. Per valutare con maggiore precisione le deformazioni, sono stati applicati quattro marker su ciascun campione e le prove sono state registrate in video. L’elaborazione delle coordinate dei marker in MATLAB ha consentito di ottenere dati più affidabili rispetto a quelli ricavati direttamente dalla macchina di prova, poiché in prossimità degli afferraggi potevano verificarsi deformazioni concentrate o scivolamento del campione.
Le curve stress-strain ottenute hanno evidenziato differenze tra le reti testate, con particolare attenzione alle basse deformazioni, dato che la parete addominale è sottoposta prevalentemente a deformazioni inferiori al 10%. Sono state analizzate le direzioni più rigide e meno rigide di ciascuna rete, e i risultati hanno mostrato un’elevata variabilità dovuta alla differente struttura delle reti. I moduli elastici hanno evidenziato che Surgimesh è la rete più rigida, mentre Softmesh e le reti Dynamesh sono più deformabili. L’anisotropia è stata valutata attraverso il rapporto tra i moduli elastici nelle due direzioni principali, mostrando che quattro reti hanno un indice superiore a 2, mentre Surgimesh e Symbotex idratato presentano valori prossimi a 1, indicando un comportamento più omogeneo. Anche la resistenza massima a trazione è stata analizzata, evidenziando che Radomesh ha i valori più alti, mentre Softmesh presenta una forte anisotropia.
Il secondo obiettivo della tesi è stata la progettazione e realizzazione di una macchina per test in vitro, basata sull’analisi della letteratura e sulla definizione di vincoli e ingombri dello spazio di lavoro. La macchina è stata sviluppata tramite un modello CAD e successivamente prodotta dall’officina dell’Università di Pisa. Dopo un collaudo preliminare, è stato definito un protocollo sperimentale.
I test in vitro sono finalizzati a simulare il comportamento meccanico delle protesi erniarie in vivo. Tra i test più comuni vi sono il ball burst test, che applica una pressione localizzata tramite un indentatore fino al cedimento del campione, e il test a pressione, che simula meglio le condizioni in vivo applicando un carico distribuito all’interno di una camera di pressione. La macchina progettata è stata realizzata per il ball burst test, ma può essere adattata per test a pressione o per simulare un aumento istantaneo della pressione con la caduta di un peso.
Il macchinario è composto da un sistema di serraggio che previene slittamenti e movimenti indesiderati del campione biologico. Gli anelli hanno un diametro interno di 210 mm per rispettare le prassi chirurgiche che richiedono un overlap radiale rete-tessuto pari alla dimensione del difetto. La struttura è progettata per consentire l’inserimento di strumentazione aggiuntiva per l’osservazione della deformazione della rete.
Un secondo sistema permette di applicare la pressione al campione e registrare il carico in funzione dello spostamento. Il braccio di carico include una cella da 500N e un distanziale di 80 mm per garantire la deflessione della rete senza interferire con il sistema di serraggio. L’indentatore è una semisfera di 50 mm di diametro, pari alla dimensione del difetto.
Dopo i test preliminari su tessuti sintetici, è stato eseguito un primo test su tessuto biologico. Il protocollo sperimentale prevede la creazione di un difetto di 50 mm e il fissaggio della rete con differenti sistemi ibridi. I sistemi di fissaggio testati includono la colla Glubran 2, ProTack, AbsorbaTack e suture Maxon, con una velocità di avanzamento di 30 mm/min. È stata adottata un’analisi video per valutare il comportamento dell’impianto sotto carico.
L’integrazione dei dati sperimentali ottenuti dai test di trazione e dai test in vitro contribuirà alla realizzazione di un modello in vitro e al miglioramento di un modello in silico. Questi modelli permetteranno di classificare le performance di differenti sistemi di fissaggio in relazione alla rete utilizzata e al diametro del difetto, fornendo indicazioni pratiche ai chirurghi per selezionare la soluzione più efficace e meno invasiva per la riparazione del difetto addominale.