Progettazione e caratterizzazione di scaffold elettrofilati a base di alcol polivinilico: studio della degradazione del materiale e del rilascio controllato di nanoparticelle lipidiche per applicazioni in medicina rigenerativa

La perdita funzionale o la lesione di tessuti e organi rappresenta ad oggi una sfida rilevante in ambito clinico, soprattutto quando le terapie tradizionali non riescono a ripristinare in modo efficace la funzione o quando il trapianto dell’organo non è praticabile. In questo contesto, l’ingegneria tissutale si occupa di mettere a punto approcci innovativi basati sull’integrazione di biomateriali, cellule e segnali bioattivi, con l’obiettivo di creare un microambiente favorevole alla rigenerazione del tessuto. Un ruolo centrale è svolto dagli scaffold, strutture temporanee progettate per fornire supporto alle cellule e riprodurre in maniera fedele alcune caratteristiche della matrice extracellulare. L’utilizzo di scaffold come sistemi di drug delivery può aumentare enormemente l’efficacia terapeutica, consentendo il rilascio locale e controllato di molecole, biomolecole e nanoparticelle bioattive. In particolare, le nanoparticelle permettono di veicolare e proteggere sostanze funzionali, migliorandone la stabilità e favorendo un rilascio più modulabile nel tempo e nello spazio. Questo lavoro di tesi ha riguardato lo sviluppo e la caratterizzazione di scaffold nanofibrosi a base di alcol polivinilico (PVA), ottenuti mediante tecnica denominata elettrospinning, ovvero la valutazione di queste strutture come piattaforma per il rilascio controllato di nanoparticelle lipidiche (LNPs). L’elettrospinning è stata la tecnica di fabbricazione selezionata in quanto consente di produrre scaffold biomimetici a base di micro- o nanofibre caratterizzati da un elevato rapporto superficie/volume e porosità. Il PVA è stato scelto in quanto approvato per numerose applicazioni in campo medico dalla Food and Drug Administration (FDA) per la sua natura idrofilica, l’elevata biocompatibilità, la facilità di processazione e il costo contenuto. Per aumentarne la stabilità in ambiente acquoso, gli scaffold sono stati consolidati mediante trattamento termico, variando la temperatura per ottenere campioni con diverse tempistiche di degradazione. Un secondo approccio investigato per aumentare la stabilità degli scaffold è stato quello di addizionare alla soluzione di PVA concentrazioni crescenti di cloruro di sodio, come precedentemente riportato in letteratura. La caratterizzazione degli scaffold è stata condotta tramite FT-IR (spettroscopia infrarossa in trasformata di Fourier) e SEM (microscopia elettronica a scansione), analizzando in particolare la morfologia e la distribuzione dei diametri delle fibre nelle diverse condizioni di processo e analisi reologiche. Le LNPs, costituite da fosfolipidi e colesterolo, sono state formulate mediante ANP (Automated Nanoparticle System), un sistema automatizzato che consente la miscelazione controllata di una fase organica in etanolo con una fase acquosa, migliorando la riproducibilità. Le nanoparticelle ottenute sono state caratterizzate mediante DLS in termini di dimensione idrodinamica, indice di polidispersione (PDI) e potenziale zeta. Successivamente, le LNPs sono state addizionate alla soluzione di PVA e la miscela è stata elettrofilata per ottenere scaffold funzionalizzati; l’incorporazione è stata confermata tramite tecniche spettroscopiche (FT-IR e Raman) e microscopiche (fluorescenza, confocale e SEM). L’integrità delle LNPs è stata verificata tramite solubilizzazione dello scaffold e analisi DLS. Successivamente sono stati effettuati studi di rilascio delle LNPs dagli scaffold in condizioni fisiologiche. Nel complesso, i risultati supportano la fattibilità di uno scaffold nanofibroso in PVA in grado di ospitare LNPs e di rilasciarle nel tempo, proponendo un proof of concept per biomateriali multifunzionali con potenziale interesse in ambito di ingegneria tissutale.