Development of procedures to perform nanoindentation tests on different bone structures

Negli ultimi anni, la nanoindentazione è emersa come potente tecnica per indagare le proprietà micromeccaniche dell'osso. L'indentazione consiste nel premere una punta rigida con una forza nota in un semispazio semi-infinito e nel misurare direttamente o indirettamente l'area di contatto. L'obiettivo principale di questo lavoro è stato quello di sviluppare una procedura per eseguire test di nanoindentazione al fine di studiare le proprietà elastiche e inelastiche di diverse strutture ossee. Dalle misure di nanoindentazione sono stati ricavati i valori di reduced modulus, hardness, indentation modulus ed elastic modulus. L'idea era di eseguire test di nanoindentazione sia per applicazioni precliniche che cliniche e per questo motivo, i tests sono stati effettuati sia su ossa di topo che su ossa umane affette da una particolare condizione patologica, chiamata Osteogenesi Imperfetta. È la prima volta che questi tests vengono eseguiti su tibie di topo, nello specifico su fette di quattro tibie di due ceppi (C57B1/6 e Balb/C), sia su osso corticale che trabecolare. Abbiamo trovato che il modulo elastico varia tra 16.50 ± 7.10 GPa (C57B1/6, osso trabecolare) e 25.08 ± 5.21 GPa (Balb/C, osso corticale). L’hardness varia tra 0.62 ± 0.27 GPa (C57B1/6, osso trabecolare) e 0.96 ± 0.20 GPa (Balb/C, osso corticale). Le nanoindentazioni sul campione di OI (proveniente dall’arto superiore) sono state condotte su diverse fette, per analizzare le potenziali differenze tra le due regioni e le quattro sezioni. Abbiamo trovato un modulo elastico di 12.14 ± 5.79 GPa e l’hardness di 0.49 ± 0.21 GPa. In conclusione, abbiamo sviluppato questo nuovo protocollo che può essere applicato a diversi lavori futuri. Ad esempio, per le applicazioni precliniche aumentando il numero di topi diversi o per applicazioni cliniche aumentando il numero dei campioni di OI, raccogliendo campioni con diversi tipi di OI, indagando l'effetto dei trattamenti o confrontando le ossa di OI con osso sano.