• scaffold
• ingegneria tissutale
• manifattura additiva
• tessuto osseo

Le patologie muscolo-scheletriche hanno un considerevole impatto sulla salute delle persone e possono essere causa del danneggiamento di componenti del sistema scheletrico umano con conseguente perdita di funzionalità e riduzione della qualità della vita del paziente.
Al fine di favorire la rigenerazione del tessuto osseo danneggiato, negli ultimi decenni diverse tecniche di ingegneria tissutale sono state studiate come potenziale alternativa al trapianto. Queste tecnologie si basano su scaffold, strutture tridimensionali porose, biocompatibili e biodegradabili, che, offrendo un supporto fisico alle cellule, permettono la crescita cellulare e il differenziamento cellulare verso il fenotipo osteogenico.
Nel contesto dell’ingegneria tissutale ortopedica, è stata posta considerevole attenzione al poli-(ε-caprolattone) (PCL), un poliestere alifatico sintetico semicristallino approvato dalla Food and Drug Amministration (FDA) e dalla European Medicines Agency (EMA) per utilizzo in ambito biomedico. In aggiunta alla comprovata biocompatibilità e biodegradabilità, le caratteristiche che qualificano il PCL come un ottimo biomateriale per l’ingegneria tissutale ossea e cartilaginea nella pratica clinica sono la facile reperibilità, le proprietà meccaniche adeguate e la processabilità sia allo stato fuso che in soluzione, la quale garantisce la possibilità di modellare il polimero in varie forme e strutture porose.
In questo lavoro di tesi, il PCL è stato impiegato per la progettazione, fabbricazione e caratterizzazione di scaffold polimerici caricati con particelle ceramiche di β-fosfato tricalcico (β-TCP). L’utilizzo di una bioceramica policristallina come il β-TCP, dotata di proprietà osteoinduttive e osteoconduttive, permette di ottimizzare il processo di rigenerazione del tessuto osseo.
Gli scaffold sono stati fabbricati mediante la tecnica di manifattura additiva Computer-Aided Wet-Spinning (CAWS). Quest’ultima permette la produzione di manufatti tridimensionali basandosi sull’estrusione di una soluzione o sospensione polimerica in un bagno di coagulazione e sulla deposizione controllata da computer della fibra polimerica risultante mediante un processo strato su strato. La tecnica CAWS consente un accurato controllo della geometria degli scaffold e l’ottenimento di strutture con un’elevata porosità, un’ampia area superficiale e una struttura interconnessa dei pori.
In seguito alla fabbricazione, gli scaffold sono stati sottoposti a caratterizzazione chimico-fisica. Nello specifico, sono state eseguite la valutazione della densità della matrice polimerica e della porosità dello scaffold mediante il metodo denominato liquid displacement, della bagnabilità mediante misura dell’angolo di contatto, della composizione chimica mediante analisi in spettroscopia infrarossa (FTIR-ATR) e delle proprietà meccaniche tramite test in compressione. Per completare la caratterizzazione degli scaffold fabbricati, saranno analizzate le loro proprietà termiche, mediante analisi termogravimetrica (TGA) e analisi di calorimetria a scansione differenziale (DSC), e morfologiche tramite microscopia elettronica a scansione (SEM).
Parallelamente è stata eseguita la caratterizzazione biologica degli scaffold, utilizzando la linea cellulare di pre-osteoblasti murini MC3T3-E1. È stato condotto uno studio preliminare del processo di semina cellulare, al fine di individuare il numero di cellule, il volume e il tempo di semina cellulare che permettono di ottenere il maggior numero di cellule adese allo scaffold. I valori ottimali di questi tre parametri di semina saranno utilizzati in studi condotti a tempi lunghi di coltura (5 settimane), per la valutazione della vitalità e del differenziamento cellulare. In questi esperimenti, la vitalità cellulare viene quantificata utilizzando il saggio WST-1, il quale si basa su un’analisi spettrofotometrica per identificare la capacità di una deidrogenasi mitocondriale di ridurre il sale di tetrazolio WST-1 a formazano, con la contemporanea ossidazione del NADH a NAD+. Il differenziamento cellulare sarà valutato mediante il saggio della fosfatasi alcalina (ALP), basato sull’attività dell’enzima ALP, che catalizza l’idrolisi di fosfati organici in cellule osteoblastiche. Infine, saranno valutate la colonizzazione e morfologia cellulare mediante microscopia confocale a scansione laser (CLSM) e SEM.