Progettazione e caratterizzazione meccanica di scaffold finalizzati alla ricostruzione mammaria = Design and mechanical characterization of scaffolds for breast reconstruction

Il cancro alla mammella è la neoplasia più comune al mondo e la quinta causa di morte a livello globale. Ad oggi, la chirurgia è ancora il trattamento principale e, soprattutto, preliminare per la cura di tale patologia. Nei casi più delicati, critici o a rischio di recidiva, è spesso necessario intervenire con l’asportazione completa della mammella interessata, tecnica che prende il nome di mastectomia. Questo trattamento non è purtroppo esente da complicazioni fisiche e psico-sociali, derivanti sia dall’intervento chirurgico in sé, sia dalle terapie adiuvanti eseguite successivamente, come la radioterapia, la chemioterapia, la terapia ormonale e l’immunoterapia. Passo importante per il recupero dell’integrità fisica e psicologica è la ricostruzione mammaria. Approcci tradizionali utilizzati sono principalmente gli impianti protesici e gli innesti di tessuto autologo. Attualmente, si sta focalizzando l’attenzione su soluzioni alternative a quelle appena citate, in modo da rendere meno critica la ripresa della paziente, evitando in primo luogo complicazioni che derivano dall’impianto di materiale alloplastico, come la contrattura capsulare. Tecniche innovative che si basano sul tissue engineering propongono lo sviluppo di scaffold biocompatibili o basati su materiali polimerici bioriassorbibili, che possano essere adatti al supporto e alla crescita di nuovo tessuto mammario e che non inneschino reazioni infiammatorie da parte dei tessuti circostanti. La presente tesi propone la progettazione di uno scaffold 3D per la ricostruzione mammaria, che meglio mimi le caratteristiche morfologiche e meccaniche del tessuto nativo e, allo stesso tempo, abbia un buon potenziale nel supporto meccanico e rigenerativo del tessuto da ricostruire. La sua struttura interna è basata sulla ripetizione della stessa cella elementare, prestando attenzione allo spessore degli elementi costituenti, in modo da variare la porosità dello scaffold e ottenere valori adatti alla colonizzazione cellulare. Le celle elementari sono state progettate tramite il software di modellazione CAD Rhinoceros®, mentre la struttura finale cubica mediante Grasshopper, specifico tool per la progettazione parametrica. Le celle elementari proposte sono cinque: due che seguono un approccio biomimetico, rispetto al tessuto adiposo e ghiandolare mammario, e tre basate sui materiali auxetici, caratterizzati da modulo di Poisson negativo da cui deriva una particolare dinamica di deformazione. Recentemente, è stato verificato che gli scaffold auxetici svolgono ruoli innovativi nell’interazione con le cellule e nella promozione di risposte meccano-biologiche positive. Le strutture considerate sono state testate a compressione tramite analisi agli elementi finiti (FEA) utilizzando il software di simulazione Ansys, in modo da individuare le geometrie più adatte all’applicazione sulla base della risposta meccanica simulata. Successivamente, sono state considerate le geometrie ottimali per la fabbricazione di alcuni provini cubici utilizzando la stereolitografia (SLA), tecnica di stampa 3D. Tutti i campioni sono stati testati sotto compressione per imitare la simulazione numerica già eseguita per tutte le strutture. Dopo aver confrontato i risultati ottenuti dalle due analisi, numerica e sperimentale, si è individuata la geometria che risulta essere più adatta all’applicazione tra quelle testate.