Studio e utilizzo dell’olio di soia acrilato come agente di rinforzo meccanico in idrogeli fotoreticolati = Study and use of acrylated soybean oil as a mechanical strengthening agent in photocrosslinked hydrogels

Gli idrogeli sono costituiti da network polimerici idrofilici reticolati che data la loro biocompatibilità, l’alta disponibilità di precursori e il facile controllo delle proprietà fisico-chimiche sono dei materiali molto utilizzati nel campo della medicina rigenerativa. le possibili applicazioni degli idrogeli riguardano: 1) il supporto ai tessuti biologici danneggiati come scaffolds bioattivi, 2) i sistemi a rilascio di farmaco (drug delivery systems), 3) le colture cellulari 3D, 4) la biosensoristica e 5) la microfluidica. Tra le proprietà che maggiormente impattano l’interazione tra idrogelo e tessuti biologici figurano le proprietà meccaniche del materiale; in particolare la rigidezza del materiale gioca un ruolo determinante nel successo o nel fallimento di un impianto. Data l’alta complessità del corpo umano, e l’ampio spettro di possibili rigidezze dei tessuti biologici che varia dai 100 Pa del cervello fino ai 2-4 GPa del tessuto osseo, risulta importante progettare accuratamente il materiale in base all’ applicazione scelta. Lo scopo di questo lavoro di tesi consiste nell’utilizzare l’olio di soia acrilato (ASO) come agente di rinforzo meccanico biocompatibile per scaffold costituiti di gelatina metacrilata (GelMA) e polietilenglicole metacrilato (PEGDMA). A tal proposito sono stati sintetizzati dei copolimeri composti da GelMA/ASO e PEGDMA/ASO aventi diversi rapporti specifici per poter valutare come l’aggiunta di ASO possa influenzare le proprietà fisico-chimiche del copolimero. Gli idrogeli sono stati creati attraverso un processo di fotopolimerizzazione radicalica in presenza dell’Irgacure 819 (BAPO) utilizzato come fotoiniziatore. La composizione chimica e il grado di conversione del doppio legame C=C è stata valutata attraverso spettroscopia FTIR (Fourier Transform Infrared Spectroscopy) e ATR-FTIR (Attenuated Total Reflection Sprectroscopy). Un fotoreometro è stato invece utilizzato per valutare la reattività delle diverse formulazioni. Per determinare la temperatura di transizione vetrosa (Tg) e la temperatura di degradazione dei polimeri (Tdeg) sono state eseguite le seguenti caratterizzioni termiche: DSC (Differential Scanning Calorimetry), DMTA Analysis (Dynamic Mechanical Thermal Analysis) e TGA (Thermogravimetric Analysis). Successivamente, si è testata la capacità di rigonfiamento in acqua e l’idrofilicità superficiale degli idrogeli attraverso swelling test e l’analisi dell’angolo di contatto. Le caratteristiche morfologiche dei copolimeri sono state osservate mediante Microscopio a Scansione Elettronica (SEM) mentre le proprietà meccaniche sono state valutate con un test di compressione uniassiale. Infine, sono stati eseguiti dei test cellulari con dei fibroblasti HH1 per determinare la citotossicità e le proprietà adesive degli scaffold. Dalle prove di caratterizzazione fisico-chimica e dai test cellulari si evince che l’aggiunta di un rinforzante permette di modulare le proprietà chimiche e termo-meccaniche degli scaffolds. Infatti, in funzione della quantità di ASO all’interno della formulazione, si può modificare la reattività del materiale, la Tg e la Tdeg , il modulo di Young a compressione e il grado di rigonfiamento dell’idrogelo in acqua. Questi risultati hanno influenzato anche il comportamento cellulare, infatti il test di adesione superficiale tramite Cell Titer Blue e il saggio con la Falloidina hanno rivelato significative differenze tra i diversi copolimeri.