ETD

• alginate
• biomaterial
• cardiac tissue engineering
• cytotoxixity
• gelatin
• in vitro model
• scaffold

This thesis focuses on the development and characterization of biomimetic scaffolds for in vitro cardiac tissue models, with the aim of reproducing the structural and mechanical properties of the human myocardium at different stages of life. Particular attention was devoted to the remodeling processes of the cardiac extracellular matrix, both postnatal and age-related, which lead to variations in tissue composition and stiffness. Three scaffold formulations were designed to mimic pediatric, adult, and aged cardiac tissue by modulating the ratio between protein and polysaccharide components. To this end, gelatin and alginate were used and combined in different proportions (80:20, 90:10, and 95:5). The scaffolds were fabricated through freeze-drying, followed by two crosslinking processes using glutaraldehyde and calcium chloride. The obtained materials were characterized in terms of mechanical, physicochemical, and biological properties. Mechanical behavior was evaluated through tensile tests under both dry and wet conditions in order to determine the elastic modulus of the samples. Hydrolytic degradation and swelling tests were also performed to assess stability and water absorption capacity. Morphological analysis was carried out using scanning electron microscopy. Additional physicochemical characterization was conducted through TGA, FT-IR, and DSC analyses. Finally, cytotoxicity tests were performed using NIH-3T3 fibroblasts.

La presente tesi è incentrata sullo sviluppo e sulla caratterizzazione di scaffold biomimetici per modelli in vitro di tessuto cardiaco, con l’obiettivo di riprodurre le proprietà strutturali e meccaniche del miocardio umano nei diversi stadi della vita. Particolare attenzione è stata rivolta ai processi di rimodellamento della matrice extracellulare cardiaca, sia dopo la nascita sia legati all’invecchiamento, che comportano variazioni della composizione e rigidezza del tessuto. Sono state progettate tre formulazioni di scaffold per mimare il tessuto cardiaco in età pediatrica, adulta e anziana, modulando il rapporto tra componente proteica e polisaccaridica. A tal fine, sono stati utilizzati gelatina e alginato, combinati in diverse proporzioni (80:20, 90:10 e 95:5). Gli scaffold sono stati realizzati tramite liofilizzazione seguiti da due processi di reticolazione con glutaraldeide e cloruro di calcio. I materiali ottenuti sono stati caratterizzati dal punto di vista meccanico, chimico-fisico e biologico. Il comportamento meccanico è stato valutato mediante prove di trazione in condizioni dry e wet, al fine di determinare il modulo elastico dei campioni. Sono stati inoltre eseguiti test di degradazione idrolitica e swelling per valutare stabilità e capacità di assorbimento. La morfologia è stata analizzata tramite microscopia elettronica a scansione. Ulteriori caratterizzazioni chimico-fisiche sono state fatte mediante analisi TGA, FT-IR e DSC. Infine, sono stati condotti test di citotossicità su fibroblasti NIH-3T3.