Riassunto analitico
Le lesioni traumatiche dovute ad incidenti stradali, ablazione di tumori o malattie degenerative, che comportano una perdita di massa maggiore del 20% sono spesso associate a problematiche neuromuscolari e difetti estetici. L’approccio chirurgico rappresenta l’attuale gold standard, tuttavia spesso garantisce solo un recupero parziale della funzionalità neuromotoria e può soffrire di morbidità associata al sito di donazione autologo. In questo contesto, la medicina rigenerativa e quindi l’utilizzo di biomateriali che consentano una riconnessione funzionale e strutturale del tessuto mancante/danneggiato, rappresenta una soluzione altamente promettente per questa problematica medica certamente rilevante e allo stesso tempo debilitante su un piano fisico e psicologico. A questo riguardo sono state proposte e testate in modelli in vitro e in vivo diverse tipologie di materiali con risultati, tuttavia, non conclusivi che ne inficiano la trasferibilità in ambito clinico. Appare sempre più evidente la necessità di disporre di nuovi materiali “smart” in grado di supportare l’adesione e la crescita e di promuovere il differenziamento di cellule del tessuto muscolare in maniera controllata ed efficiente. Questo può essere oggi ottenuto ingegnerizzando materiali in maniera da poter fornire alle cellule del tessuto muscolare differenti segnali miogenici allo stesso tempo, ad esempio segnali topografici, elettrici, meccanici, etc..
Il mio lavoro di tesi ha come obiettivo principale quello di valutare l’efficacia di nuovi materiali compositi smart che presentino segnali sia di tipo topotattico che siano conduttivi e quindi, potenzialmente, stimolabili dall’esterno per promuovere in maniera sinergica il differenziamento cellulare. Come matrice biodegradabile la scelta è ricaduta sul noto polimero biodegradabile e già approvato dall’FDA ed utilizzato in clinica come l’acido polilattico (PLA), al quale è stato abbinata una nanofase 2D conduttiva di ultima generazione costituita da MXene (Ti3C2Tix) per le ottime proprietà chimico-fisiche e la biocompatibilità elevata rispetto a soluzioni alternative già ampiamente esplorate (es. grafene, nanotubi di carbonio). Inizialmente è stato messo a punto il protocollo di sintesi delle blende al fine di ottenere blende con un contenuto in peso del MXene dall’ 80% al 95% (al fine di avere connessione elettrica omogenea). Successivamente queste sono state caratterizzate tramite un set di tecniche che coprono la caratterizzazione microstrutturale (XRD, FTIR), superficiale (SEM, profilometro e angolo di contatto), elettrica ed elettrochimica (four-point probe e spettroscopia di impedenza) e termica (TGA e DSC). A questo punto, dalle blende più interessanti sono stati ottenuti dei film con dei groove superficiali di dimensione laterale da 100 a 250 μm di larghezza utilizzando la tecnica del replica molding a partire da master realizzati per fotolitografia tradizionale.
Infine, per valutare l’efficacia della soluzione proposta, i compositi PLA/MXene più promettenti sono stati testati in vitro. In particolare, ci siamo focalizzati sulla capacità dei film patternati di PLA/MXene di promuovere il differenziamento di cellule C2C12 in miociti. I risultati ottenuti in questo studio evidenziano le potenzialità dell’approccio proposto, ovvero di poter disporre di materiali patternati biodegradabili e conduttivi in grado di supportare il differenziamento cellulare e quindi da continuare a valutare in futuro tramite anche l’applicazione di stimoli elettrici e prove in vivo.
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