ETD

• biodegradabilità
• biodegradability
• differentiation
• differenziamento
• ingegneria tissutale
• internalization
• internalizzazione
• muscolo scheletrico
• nanoparticelle
• nanoparticles
• piezoelectricity
• piezoelettricità
• PLLA
• skeletal muscle
• tissue engineering

I dispositivi di stimolazione elettrica possono favorire con successo il differenziamento di tessuti elettro-responsivi, ma la loro invasività ne limita l’uso. Per ovviare a tale problema sono stati proposti dei nanomateriali piezoelettrici che, una volta internalizzati nelle cellule e stimolati meccanicamente (ad es. con onde ultrasoniche), possono generare un campo elettrico intracellulare in modo non invasivo. Nonostante l’efficacia dimostrata nel promuovere il differenziamento di varie linee cellulari, in letteratura sono rari i casi di nanomateriali piezoelettrici biodegradabili. In questo lavoro di tesi sono state sintetizzate nanoparticelle in acido polilattico (polimero piezoelettrico, biocompatibile e biodegradabile) con diametro di circa 200 nm, con l’obiettivo di ottenere internalizzazione cellulare garantendo una buona citocompatibilità. La piezoelettricità è stata verificata mediante Piezoelectric Force Microscopy, morfologia e biodegradabilità con Scanning Electron Microscopy e Dynamic Light Scattering, l’internalizzazione è stata valutata su colture cellulari 2D e costrutti 3D (usando mioblasti come modello cellulare) con microscopia confocale, mentre la citotossicità è stata valutata tramite LIVE/DEAD assay. I risultati di questo lavoro aprono la strada alla stimolazione piezoelettrica nell’ingegneria tissutale del muscolo scheletrico, garantendo un percorso agevole verso la traslazione clinica, facilitato da dimensione e biodegradabilità delle nanoparticelle.

Electrical stimulation devices are effective in promoting the differentiation of electro-responsive tissues, but their invasiveness limits clinical use. To overcome this problem, piezoelectric nanomaterials have been proposed: once internalized by cells and mechanically stimulated (e.g by ultrasonic waves), they can generate an intracellular electric field in a non-invasive way. Despite their proven efficacy in promoting differentiation of many cell lines, literature lacks examples of biodegradable piezoelectric nanomaterials. In this thesis, polylactic acid (a piezoelectric, biocompatible and biodegradable polymer) nanoparticles with a diameter around 200 nm were synthesized, aiming for cellular internalization and high cytocompatibility. Piezoelectricity was verified through Piezoelectric Force Microscopy, morphology and biodegradability through Scanning Electron Microscopy and Dynamic Light Scattering, internalization was assessed on 2D cell cultures and 3D constructs (using myoblasts as the cellular model) via confocal imaging, while cytotoxicity was evaluated with a LIVE/DEAD assay. The promising results of this study pave the way for piezoelectric stimulation in skeletal muscle tissue engineering, ensuring a smooth clinical translation path facilitated by the nanoparticles’ size and the biodegradability of the material.