• vagus nerve regeneration
• electrospinning
• genipin crosslinked chitosan hydrogel
• guidance channel
• filler

ABSTRACT

This master thesis has regarded the fabrication of an hydrogel-filled biocompatible polymeric guidance channel for vagus nerve regeneration.
The regenerative channel has been fabricated using Poly(Ethylene Oxide Terephthalate) and Poly(Butylene Terephthalate) (PEOT/PBT), a commercially available copolymer, known for its biocompatibility and bioresorbability. Electrospinning has been chosen as fabrication technique, since it allows to finely tune morphological properties of the Guidance Channel (GC), such as geometrical parameters and mesh porosity.
Morphological GC's analysis has been performed by Scanning Electron Microscopy (SEM) and SEM images have been analyzed using ImageJ software. Moreover, statistical analysis has been performed through ANOVA and Tukey post-hoc test using Matlab software.
Furthermore, an investigation regarding the incorporation of a biocompatible hydrogel-filler matrix inside the GC structure has been conducted. The aim is to provide a continuous gel phase between the proximal and distal nerve stump, thus to promote Schwann cells adhesion and consequent neurite regrowth.
Chitosan has been chosen for this purpose, because of its excellent biocompatibility and the ability to swell and retain a large quantity of water. Filler 3D structure has been created crosslinking chitosan chains with genipin. This molecule has been selected thanks to its low toxicity compared to aldehydes crosslinkers.
Filler swelling behavior in water environment has been characterized, as well as the presence of covalent interactions between chitosan and genipin. Regarding this latter occurrence, a qualitative analysis has been performed through Fourier-Transform Infrared Spectroscopy (FT-IR).
Results of this Master Thesis reported good stability, swelling behaviour and mechanical properties of the hydrogel-filled PEOT/PBT guidance channel, highlighting this scaffold as a promising candidate for vagus nerve regeneration. Future in vitro and in vivo investigation will be required to study cell proliferation and nerve regeneration process upon guidance channel implantation.


RIASSUNTO

Questo lavoro di tesi riguarda la fabbricazione di guide polimeriche biocompatibili, adatte per la rigenerazione del nervo vago.
Le guide prodotte sono composte da fibre elettrofilate di PEOT/PBT, un copolimero noto per essere biocompatibile e bioriassorbibile.
L’elettrospinning è stato usato perché consente di ottenere scaffold con parametri geometrici e porosità adatti per la specifica applicazione.
La morfologia delle guide è stata valutata analizzando le immagini SEM con il software ImageJ. Successivamente, è stata svolta un’analisi statistica tramite l’ANOVA test ed il Tukey post hoc test in ambiente Matlab.
Al fine di collegare le due estremità del nervo mediante un mezzo continuo che supporti l’adesione delle cellule di Schwann e la ricrescita dei neuriti, è stato svolto uno studio riguardante l’uso di un idrogel in chitosano come filler delle guide.
E’ stato scelto il chitosano per la sua eccellente biocompatibilità e la caratteristica di rigonfiarsi trattenendo grandi quantità di acqua.
In particolare, la struttura 3D dell’idrogel è stata creata reticolando il chitosano con la genipina, scelta per la sua bassa tossicità rispetto agli aldeidi.
Il legame covalente tra chitosano e genipina è stato qualitativamente caratterizzato tramite analisi FT-IR e confermato dai risultati ottenuti mediante test di swelling.
La guida in PEOT/PBT contenente l’idrogel di chitosano ha dimostrato essere un promettente candidato per la rigenerazione del nervo vago grazie ai buoni risultati ottenuti in termini di stabilità, swelling e proprietà meccaniche.
In futuro verranno svolti test in vitro e in vivo per studiare la proliferazione delle cellule e il processo di rigenerazione nervosa.