• biomateriali polimerici
• manifattura additiva
• medicina rigenerativa
• poli(idrossialcanoati)

Il presente lavoro di tesi si inserisce nell’ambito di una più ampia linea di ricerca riguardante lo studio e l’applicazione in ambito biomedico di materiali polimerici ottenibili da fonti rinnovabili e sostenibili. In questo lavoro, in particolare, è stato scelto di studiare, per applicazioni d’ingegneria tissutale, il copolimero poli(3-idrossibutirrato-co-3-idrossivalerato) (PHBV), un poliestere alifatico di origine microbica prodotto su scala industriale mediante processi fermentativi biotecnologici.
L’ingegneria tissutale è un campo di ricerca multidisciplinare che si pone come obiettivo lo sviluppo di scaffold, ossia strutture tridimensionali, porose, biodegradabili che da impiegare come supporti temporanei per la rigenerazione di tessuti biologici.
L’impiego delle tecniche di manifattura additiva (AM( per la fabbricazione di tali strutture , permette, rispetto alle tecniche convenzionali, un controllo fine della geometria esterna e delle macro/micro porosità degli scaffolds, consentendo l’ottenimento di strutture personalizzabili sui difetti tissutali dei pazienti ed in grado di meglio integrarsi con l’ambiente fisiologico.. Tuttavia, ad oggi, per molti polimeri di interesse biomedico, tra cui il PHBV, i protocolli per la sua lavorazione su scala tridimensionale mediante AM necessitano di studi dedicati per ottimizzare e rendere riproducibile la preparazione di scaffolds.
In questo lavoro di tesi il PHBV è stato impiegato in miscela con il poli(d,l-lattide-co-glicolide) (PLGA), un poliestere alifatico approvato dalla Food and Drug Amministration (FDA) e dalla European Medicines Agency (EMA) per utilizzo in ambito biomedico, per la fabbricazione di scaffold mediante Computer-Aided Wet-Spinning (CAWS). La tecnica CAWS è una tecnica di manifattura additiva che, a partire da soluzioni o sospensioni polimeriche, consente di ottenere strutture con una porosità multiscala caratterizzata da un network macro-poroso, determinato dal tragitto di deposizione del materiale, e da una micro/nano-porosità, determinata dal processo di separazione di fase indotta da non-solvente che è alla base della solidificazione del materiale.
Impiegando tale tecnica sono stati fabbricati scaffold a diverse composizioni del blend polimerico costituito da PHBV-PLGA, partendo dal 100 % w/w di PHBV (100:0) fino al 50 % w/w di PHBV e di PLGA (50:50). L’analisi della viscosità delle sospensioni, che ne ha rivelato un incremento all’aumentare della concentrazione di PLGA, è stata determinante per le successive operazioni di ottimizzazione dei parametri di fabbricazione.
Degli scaffold fabbricati è stata studiata la morfologia attraverso analisi SEM, che ha mostrato come le strutture polimeriche siano caratterizzate da una porosità diffusa e interconnessa con una dimensione dei pori dell’ordine delle centinaia di micrometri. La misura della porosità non ha rivelato differenze significative per le varie composizioni del blend, mentre dalle misure di angolo di contatto è emerso un incremento della bagnabilità del supporto all’aumentare della concentrazione di PLGA.
Dall’osservazione della sezione trasversale delle micrografie si è osservato che la fibra è costituita da una matrice polimerica densa all’interno della quale sono disperse microfibrille orientate longitudinalmente lungo la fibra. Attraverso un processo di estrazione selettiva è stato dimostrato che le microfibrille sono costituite da PLGA mentre la matrice è costituita da PHBV; l’immiscibilità dei due polimeri costituenti il blend è confermata dall’analisi di calorimetria a scansione differenziale (DSC), che ha mostrato che gli scaffold presentano due fenomeni di transizione vetrosa attribuiti ai due diversi polimeri.
L’analisi termogravimetrica (TGA) ha evidenziato, in generale, l’incremento della stabilità termica sia del PHBV che del PLGA a seguito della formazione del blend polimerico.
Test in compressione non hanno mostrato differenze significative tra gli scaffold con l’unica eccezione degli scaffold 50:50 che mostrano valori di modulo in compressione e sforzo al 50 % di deformazione superiori e un valore di recupero elastico lineare inferiore rispetto agli altri scaffold.
Infine, i risultati della caratterizzazione biologica hanno dimostrato, in generale, la citocompatibilità degli scaffold fabbricati, indicando che i processi di fabbricazione non alterano la biocompatibilità dei polimeri costituenti il blend. Inoltre, lo studio della bioattività di tali supporti polimerici ha evidenziato la loro abilità di promuovere il differenziamento cellulare verso il fenotipo osteoblastico.
Nell’ultima parte del presente lavoro di tesi è stato iniziato uno studio per l’ottimizzazione dei parametri di fabbricazione con lo scopo di fabbricare scaffold con geometrie personalizzate verificando così la versatilità della tecnica impiegata.