Sviluppo di substrati elettrofilati per la rigenerazione di valvole cardiache e studio preliminare di matrici nanoibride per l'ingegneria del tessuto nervoso

Tissue engineering can be regarded as a promising approach for the development of novel prosthetic devices able to overcome the intrinsic limitations of currently implanted prostheses. Moreover, a positive response can be promoted, showing a potential adaptation of the device to the host modifications. Several biomaterials and production techniques are considered, although the optimal strategy to address this issue is still lacking. In this scenario bioresorbable polymers processed by electrospinning seem to furnish valuable results. The typical non-woven structure, as resulted of the above mentioned process, can lead to an applicative perspective for tissue engineering, resembling the natural three-dimensional structure of the extra-cellular matrix, necessary for the integrity and metabolic functions of tissues. This study shows the influence of scaffold architecture on cell response; the comparison of electrospun poly(ε-caprolactone) membranes with similar mechanical and structural properties, but different fiber and pore sizes highlighted micrometric fibers as a better environment for human umbilical vein endothelial cells with respect to sub-micrometric ones. A similar architecture was reproduced for bioresorbable heart valve prostheses. The functional assessment of the proposed devices was investigated by means of pulse duplicator and cinematographic analysis; different experimental electrospinning conditions were discussed starting from the acquired results. Electrospun nanohybrids were also produced and characterized using carbon structures (carbon nanofibers or carbon nanotubes) as fillers. Due to the electrical properties of the filler, an electromagnetic characterization was also addressed in order to investigate the relationship between conductivity and filler concentration. Finally, electrospun mats were evaluated as an in vitro model of the blood brain barrier seeding rat cerebro-microvascular endothelial cells and hyppocampal astrocytes on both sides of the mats. These topics represent the future development of this work, being the modification of permeability of the blood brain barrier exposed to electromagnetic fields still debated.

L’ingegneria dei tessuti rappresenta un fertile campo di ricerca per lo sviluppo di dispositivi innovativi in grado di andare oltre i limiti associati alle protesi convenzionali e in grado di fornire specifiche caratteristiche che favoriscano una positiva integrazione con l’organismo, adattandosi alle modificazioni fisiologiche di quest’ultimo. Diversi sono i biomateriali e le tecniche di produzione attualmente in studio; in questo contesto l’impiego di polimeri bioriassorbibili, processabili mediante elettrofilatura, sembra rappresentare un approccio di sicuro interesse. La caratteristica struttura di network fibroso, risultato di tale metodica, fornisce una promettente prospettiva applicativa per l’ingegneria dei tessuti. Tale architettura replica infatti la naturale struttura tridimensionale della matrice extracellulare, elemento altamente dinamico necessario per l’integrità e le funzioni metaboliche dei tessuti. Lo studio evidenzia l’importanza di una specifica architettura dei supporti prodotti sulla risposta cellulare, in particolare il confronto di matrici elettrofilate di policaprolattone con proprietà meccaniche e strutturali simili, ma con diversa dimensione delle fibre e dei pori ha permesso di osservare come fibre micrometriche favoriscano l’attività di cellule endoteliali umane da vena di cordone ombelicale, rispetto al caso di fibre sub-micrometriche. Una simile architettura è stata quindi riprodotta per la realizzazione di protesi di valvole cardiache bioriassorbibili. La funzionalità dei dispositivi proposti è stata valutata mediante duplicatore di impulsi e indagine cinematografica; le differenze nelle condizioni sperimentali di deposizione sono state quindi discusse alla luce dei risultati acquisti. Sono state inoltre realizzate matrici nanoibride elettrofilate impiegando sia nanofibre che nanotoubi di carbonio e valutandone le caratteristiche morfologiche risultanti e le proprietà meccaniche. Data la particolare natura del filler considerato, è stata condotta anche una caratterizzazione elettromagnetica con lo scopo di mettere in luce le variazioni delle proprietà di conducibilità dei nanoibridi in funzione della concentrazione del filler stesso. Come ulteriore risultato, per ora preliminare, è stata infine valutata la possibilità di proporre un modello in vitro di barriera emato-encefalica seminando su entrambi i lati della matrice elettrofilata cellule endoteliali da microcircolo cerebrale di ratto e astrociti. Tale studio si inquadra come naturale prosecuzione del presente lavoro, essendo ampiamente discussa la variazione di permeabilità della barriera emato-encefalica quando esposta a determinati campi elettromagnetici.