Idrossiapatite o Durapatite è un minerale composto principalmente da calcio ed è il componente essenziale dello smalto dei denti che funge da scudo per la carie.

Idrossiapatite  è una forma minerale naturale di fosfato di calcio, presente principalmente nelle ossa e nei denti umani. È utilizzato nei cosmetici, nei prodotti per l'igiene orale e in ambito medico per le sue proprietà remineralizzanti, rigenerative e protettive. Grazie alla sua biocompatibilità, Idrossiapatite è ampiamente impiegato in dentifrici, prodotti per la cura della pelle e persino nei trattamenti per il ripristino osseo.

Composizione chimica e struttura

L'Idrossiapatite  ha la formula chimica Ca₅HO₁₃P₃, con una struttura cristallina che gli conferisce una elevata stabilità e compatibilità biologica. Questa composizione è simile a quella del tessuto minerale umano, il che lo rende ideale per applicazioni che coinvolgono il rafforzamento delle ossa e dei denti.

Proprietà fisiche

Si presenta sotto forma di polvere bianca, insolubile in acqua e con una struttura cristallina altamente compatta. La sua capacità di aderire alla superficie di denti e ossa gli permette di favorire la remineralizzazione e la rigenerazione del tessuto minerale, proteggendo così lo smalto e riparando piccoli danni.

Processo di produzione

L'Idrossiapatite può essere prodotto attraverso metodi sintetici o estratto da fonti naturali. La produzione sintetica avviene tramite la reazione tra soluzioni di fosfato di calcio e idrossido di calcio, che vengono poi purificate e micronizzate per ottenere la forma polverosa utilizzata nei cosmetici e nei dentifrici.

1. Sintesi chimica: Questo metodo prevede la combinazione di sali di calcio e fosfato in soluzioni acquose. Le sostanze chimiche comunemente utilizzate includono il cloruro di calcio e il fosfato monosodico. La reazione chimica porta alla formazione di idrossiapatite, che viene poi filtrata, lavata e asciugata.

2. Precipitazione: In questo processo, si aggiungono reattivi a una soluzione di sali di calcio e fosfato per favorire la formazione di idrossiapatite in forma di precipitato. Questo precipitato viene raccolto, lavato e trattato per rimuovere impurità.

3. Sol-gel: Un metodo innovativo che utilizza una soluzione colloidale (sol) per formare un gel di idrossiapatite. Questo gel viene poi essiccato e sinterizzato per ottenere un materiale solido e poroso.

4. Idrossiapatite da biomassa: Questo metodo ecologico utilizza fonti biologiche, come ossa animali o alghe, che vengono trattate per estrarre l'idrossiapatite. La biomassa viene prima demineralizzata e poi trattata chimicamente per ottenere il minerale desiderato.

5. Sinterizzazione: Una volta ottenuta l'idrossiapatite, il materiale può essere sottoposto a un processo di sinterizzazione, che consiste nel riscaldamento a temperature elevate per migliorare la sua stabilità e proprietà meccaniche.

Questi metodi permettono di ottenere idrossiapatite di alta purezza, adatta per applicazioni mediche, dentali e industriali.

A cosa serve e dove si usa

• Integrazione di calcio. L'idrossiapatite può essere utilizzata come fonte di calcio negli integratori alimentari. Questo è particolarmente utile per mantenere la salute delle ossa e prevenire condizioni come l'osteoporosi.
• Riparazione ossea. L'idrossiapatite viene utilizzata in chirurgia ortopedica e dentale per la riparazione e la sostituzione delle ossa. È particolarmente utile nel trattamento di difetti ossei di dimensioni critiche dove la guarigione naturale non è possibile. Viene anche utilizzata nella creazione di impalcature che imitano l'architettura dell'osso umano, fornendo una struttura su cui possono crescere nuove cellule ossee.
• Trattamento della carie. L'idrossiapatite viene utilizzata in dentifrici e altri prodotti per l'igiene orale per aiutare a prevenire le carie. Può anche essere utilizzata in chirurgia dentale per la riparazione e la sostituzione dei denti.
• Drug delivery. L'idrossiapatite può fungere da vettore per la consegna di farmaci, in particolare per la consegna di farmaci alle ossa. La struttura dell'idrossiapatite le permette di trasportare una varietà di sostanze, ed è stata esplorata per la consegna mirata di farmaci.
• Ingegneria tissutale. L'idrossiapatite viene utilizzata nello sviluppo di impalcature per l'ingegneria tissutale. Queste impalcature forniscono una struttura su cui le cellule possono crescere, aiutando a formare nuovo tessuto.
• Vettori di proteine o farmaci. L'idrossiapatite è stata utilizzata come vettore per proteine o farmaci grazie alla sua bioattività e biocompatibilità. Può adsorbire e rilasciare molecole attive, che è benefico per varie applicazioni biomediche.

E' un minerale che è classificato come bioattivo, cioè che ha la capacità di aiutare la crescita ossea in applicazioni chirurgiche.

• ortopediche
• dentali
• maxillofacciali

Considerazioni sulla salute e sicurezza

Sicurezza d'uso
L'Idrossiapatite è considerato estremamente sicuro e biocompatibile. Non è tossico e non provoca reazioni allergiche o sensibilizzazione, il che lo rende ideale per l'uso in dentifrici e prodotti per la cura della pelle, nonché in applicazioni mediche.

Reazioni allergiche
Le reazioni allergiche all'Idrossiapatite sono praticamente inesistenti, poiché è un materiale naturale compatibile con i tessuti umani. Tuttavia, come con qualsiasi ingrediente, è sempre consigliabile eseguire un test su una piccola area della pelle prima dell'uso.

Tossicità e cancerogenicità
È ampiamente studiato e utilizzato in prodotti per la salute dentale e in campo medico senza segnalazioni di effetti negativi.

Considerazioni ambientali e di sicurezza
Essendo un minerale naturale, l'Idrossiapatite è biodegradabile e non rappresenta un rischio significativo per l'ambiente. Il suo impatto ecologico è minimo, soprattutto quando viene utilizzato nei prodotti cosmetici e per la cura della salute.

Stato normativo
L'Idrossiapatite è approvato per l'uso nei prodotti cosmetici e nei dentifrici dall'Unione Europea e dalla Food and Drug Administration (FDA) negli Stati Uniti. È considerato sicuro e viene utilizzato in molteplici formulazioni, specialmente in quelle per l'igiene orale.

Applicazioni sotto stretto controllo

• Dentifrici remineralizzanti: Utilizzato per riparare lo smalto dei denti e prevenire la carie.

• Trattamenti anti-età: Impiegato in creme e sieri per ridurre le rughe e stimolare la rigenerazione cutanea.

• Medicina rigenerativa: Utilizzato in impianti dentali e chirurgia ortopedica per favorire la rigenerazione ossea.

• Medicina

  Idrossiapatite viene classificato come bioattivo, cioè con la capacità di aiutare la crescita ossea in applicazioni chirurgiche: ortopediche, dentali, maxillofacciali e  chirurgia della colonna vertebrale. Vedi "Idrossiapatite (Applicazioni biomediche)". I filler di Idrossiapatite hanno dimostrato importanti vantaggi se confrontati con altri riempitivi sia per il volume di prodotto richiesto che per durata d'azione (1). Ha proprietà interessanti di biocompatibilità come impalcatura nell'ingegneria tissutale e si degrada  in prodotti non tossici. E' un efficace integratore di calcio e di altre sostanze nutritive per le sue caratteristiche di composizione.

  Potenziale vettore per la veicolazione di composti bioattivi nello sviluppo di sistemi di rivestimento commestibili (2)

  Odontoiatria

  Nanoparticelle di idrossiapatite sono utilizzate per ottenere un effetto sbiancante post-spazzolamento dei denti (3) e la ragione è che l'idrossiapatite ha una straordinaria affinità e somiglianza con il cristallo di apatite dello smalto dei denti ed è considerata biologicamente sicura e citocompatibile. Inoltre è utilizzata in prodotti per il trattamento dell'ipersensibilità dentale e della remineralizzazione dello smalto. 

  Altri usi

Additivo alimentare : "Idrossiapatite (Additivo alimentare)"

Studi significativi

• Sebbene gli studi su animali rivelino un alto rischio di bias e i risultati debbano essere interpretati con cautela, la letteratura suggerisce che i difetti ossei non critici possono guarire spontaneamente e senza la necessità di un innesto osseo. Viceversa, quando sono presenti difetti di dimensioni critiche, l'uso dell'innesto osseo di idrossiapatite migliora il processo di riparazione ossea (4).
• Gli innesti ossei sono ampiamente utilizzati e in aumento nella chirurgia orale e maxillofacciale, con l'osso autologo come standard di riferimento. Recentemente, l'attenzione della ricerca si è spostata sui sostituti ossei sintetici, poiché non è necessario un secondo intervento chirurgico e possono essere fornite grandi quantità di innesto. Nell'ampia gamma di sostituti ossei, l'idrossiapatite sintetica ha attirato molta attenzione, poiché viene considerata biocompatibile, non immunogenica, osteoconduttiva e osteoinduttiva. Lo scopo di questa revisione è di riassumere le conoscenze esistenti relative agli aspetti molecolari, cellulari e farmaceutici dei sostituti ossei sintetici per l'innesto orale e maxillofacciale (5).
• La chirurgia ricostruttiva è attualmente alle prese con il problema delle infezioni localizzate nei biomateriali di impianto. Naturalmente, la migliore protezione antibatterica è la terapia antibiotica. Tuttavia, la terapia antibiotica orale a volte è inefficace, mentre la somministrazione di un antibiotico nella sede dell'infezione è spesso associata a un rapporto sfavorevole di efficienza di dosaggio ed effetto tossico. Pertanto, il presente studio si propone di trovare un nuovo fattore che possa migliorare l'attività antibatterica pur presentando una bassa tossicità per le cellule umane. Tali fattori vengono solitamente implementati insieme all'impianto stesso e possono essere parte integrante di esso. Molti studi recenti si sono concentrati su fattori inorganici, come nanoparticelle metalliche, sali e ossidi metallici. I vantaggi dei fattori inorganici includono la facilità con cui possono essere combinati con biomateriali ceramici e polimerici. La seguente recensione si concentra sulle idrossiapatite sostituite con ioni con proprietà antibatteriche. Considera materiali che sono già stati applicati nella medicina rigenerativa (ad esempio idrossiapatite con ioni argento) e quelli che sono solo nella fase preliminare della ricerca e che potrebbero essere potenzialmente usati in implantologia o odontoiatria. Vengono metodi per la sintesi di apatiti modificati e meccanismi antibatterici di vari ioni, nonché la loro efficacia antibatterica (6).

Vedere anche : "Idrossiapatite microcristallina di zinco"

Caratteristiche tipiche del prodotto commerciale Hydroxyapatite

• Formula molecolare     Ca₅HO₁₃P₃        Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂, HAp
• Formula lineare     3Ca₃(PO₄)₂ · Ca(OH)₂
• Peso molecolare      502.3
• Massa esatta    501.675964
• CAS  1306-06-5
• UNII    91D9GV0Z28
• EC Number   215-145-7
• DSSTox Substance ID  DTXSID10872538
• IUPAC  pentacalcium;hydroxide;triphosphate
• InChl=1S/5Ca.3H3O4P.H2O/c;;;;;3*1-5(2,3)4;/h;;;;;3*(H3,1,2,3,4);1H2/q5*+2;;;;/p-10
• InChl Key      XYJRXVWERLGGKC-UHFFFAOYSA-D
• SMILES   [OH-].[O-]P(=O)([O-])[O-].[O-]P(=O)([O-])[O-].[O-]P(=O)([O-])[O-].[Ca+2].[Ca+2].[Ca+2].[Ca+2].[Ca+2]
• MDL number  MFCD00010904
• PubChem Substance ID    57646735
• RTECS  MY8434000
• NACRES  NA.21   

Sinonimi:

• Calcium hydroxyapatite
• Calcium phosphate hydroxide
• calcium hydroxide tris(phosphate)
• pentacalcium(2+) OH- triphosphate
• Pentacalcium hydroxide tris(orthophosphate)
• Decacalcium hexaphosphate dihydroxide
• Durapatite
• Hydroxylapatite
• EINECS 215-145-7
• EINECS 235-330-6

Bibliografia______________________________________________________________________

(1) Tansavatdi K, Mangat DS. Calcium hydroxyapatite fillers. Facial Plast Surg. 2011 Dec;27(6):510-6. doi: 10.1055/s-0031-1298783.

(2) Malvano, F., Montone, A. M. I., Capparelli, R., Capuano, F., & Albanese, D. (2021). Development of a Novel Active Edible Coating Containing Hydroxyapatite for Food Shelf-life Extension. Chemical Engineering Transactions, 87, 25-30.

(3) Shang R, Kaisarly D, Kunzelmann KH. Tooth whitening with an experimental toothpaste containing hydroxyapatite nanoparticles. BMC Oral Health. 2022 Aug 8;22(1):331. doi: 10.1186/s12903-022-02266-3.

(4) Oliveira HL, Da Rosa WLO, Cuevas-Suárez CE, Carreño NLV, da Silva AF, Guim TN, Dellagostin OA, Piva E. Histological Evaluation of Bone Repair with Hydroxyapatite: A Systematic Review. Calcif Tissue Int. 2017 Oct;101(4):341-354. doi: 10.1007/s00223-017-0294-z. Epub 2017 Jun 13. Review.

(5) Gotz W, Papageorgiou SN. Molecular, Cellular and Pharmaceutical Aspects of Synthetic Hydroxyapatite Bone Substitutes for Oral and Maxillofacial Grafting. Curr Pharm Biotechnol. 2017;18(1):95-106. doi: 10.2174/1389201017666161202103218. Review.

(6) Kolmas J, Groszyk E, Kwiatkowska-Różycka D. Substituted hydroxyapatites with antibacterial properties. Biomed Res Int. 2014;2014:178123. doi: 10.1155/2014/178123. Epub 2014 May 11. Review.