SURFACE COATING OF HYDROXIAPATITE FOR ENHANCED BIOLOGICAL RESPONSE = SURFACE COATING OF HYDROXYAPATITE FOR ENHANCED BIOLOGICAL RESPONSE

La seguente tesi è stata redatta in relazione ad un più ampio progetto chiamato NAT4MORE (Natural Molecules for modulating the host response) che ha l’obbiettivo di sfruttare le proprietà di alcune molecole naturali al fine di ottimizzare i risultati legati all'interfaccia osso-biomateriale, mediante la modulazione della risposta infiammatoria all'impianto. Le proprietà delle molecole in questione sono sfruttate associando queste ultime ad un substrato bioattivo. Lo scopo dello studio è dunque quello di sviluppare un’interfaccia osso-biomateriale che sia in grado, non solo di stimolare la rigenerazione ossea, ma anche di guidare e modulare la risposta infiammatoria che segue l’impianto, in quanto essa sembra essere direttamente responsabile del successo dell’impianto stesso. Infatti, numerosi casi clinici hanno dimostrato che una rapida osteo-integrazione non è spesso sufficiente a prevenire il fallimento dell’impianto, ma quest’ultimo è strettamente correlato ai pathways di segnalazione cellulare e la conseguente evoluzione della risposta infiammatoria indotti dal materiale impiantato. In aggiunta all'abilità di modulare la risposta infiammatoria, le biomolecole utilizzate nel progetto hanno il grande vantaggio di presentare proprietà antibatteriche, che permettono di evitare la possibile occorrenza di infezioni, che sono una comune causa di fallimento di diversi tipi di impianto. Al fine di comprendere le ragioni che hanno portato alla scelta dei materiali usati nel progetto, vengono riportati una dettagliata analisi del processo infiammatorio che si scatena in risposta all'impianto di un materiale estraneo, dei meccanismi coinvolti nell'adesione e nella proliferazione batterica e una breve analisi dei costi socioeconomici che affliggono i sistemi di sanità nazionale a causa del fallimento di un impianto. Segue dunque la presentazione dei due materiali selezionati, il chitosano e l’idrossiapatite, e delle rispettive proprietà che li rendono materiali d’elezione per gli obbiettivi sopracitati. La parte centrale della tesi è invece incentrata sui materiali ed i metodi che sono stati utilizzati per integrare le proprietà dei due materiali in un unico sistema e verificarne l’effettiva riuscita. Verranno presentati i risultati relativi a differenti tecniche di funzionalizzazione superficiale al fine di selezionare quella ottimale, che sia in grado di garantire il maggiore grado di omogeneità e stabilità del coating. Le caratteristiche del coating ottenuto sono state analizzate utilizzando tecniche di caratterizzazione superficiale come FESEM/EDS, FTIR, AFM, analisi dell’angolo di contatto, tape test e analisi del potenziale zeta: morfologia, topografia, carica superficiale, bagnabilità, resistenza meccanica e chimica superficiale sono infatti i principali parametri che influenzano la risposta biologica ad un materiale estraneo. Una sezione della tesi sarà dedicata alla presentazione delle procedure condotte per il packaging e la sterilizzazione dei substrati funzionalizzati, con conseguente analisi di eventuali danni causati dal processo. La parte finale dello stesso capitolo riguarda lo studio della bioattività del substrato. Il risultato atteso da NAT4MORE è lo sviluppo di superfici nanotrutturate per impianti ossei, funzionalizzate con biomolecole naturali, capaci di modulare finemente la risposta biologica e ridurre le infezioni, testate per packaging, sterilizzazione, conservazione e durabilità.