Sviluppo e stampa 3D di una formulazione a base di collagene, chitosano e fibroina della seta per potenziali applicazioni nel settore della rigenerazione di lesioni cutanee = Development and 3D printing of formulations based on collagen, chitosan and silk fibroin, for potential use in the regeneration of skin injuries

Ad oggi, il trattamento di lesioni tissutali prevede principalmente cure farmacologiche o interventi chirurgici, che tuttavia spesso falliscono nel ripristinare le normali funzioni del tessuto leso [1]. In questo scenario, l’ingegneria tissutale si propone di rigenerare i tessuti danneggiati, sfruttando la combinazione di elementi cardine quali cellule, scaffolds, e segnali biochimici [2]. In particolare, lo scaffold ha il ruolo di mimare la matrice extracellulare e guidare l’attività cellulare, riproducendo il più fedelmente possibile struttura, chimica e stimoli presenti nel tessuto nativo [1],[3]. Fondamentale risulta quindi lo sviluppo di materiali biocompatibili, bioattivi, biodegradabili e con proprietà meccaniche simili al tessuto nativo, in grado di rispondere alle esigenze biologiche e stimolare la rigenerazione [4]. Tra i vari settori, l’ingegneria tissutale trova ampia applicazione nel ripristino delle ferite cutanee, le quali rappresentano una condizione invalidante per il paziente oltre che ad un grande costo per il settore sanitario [5]. In questo ambito, l’obiettivo è quello di realizzare medicazioni e tessuti in grado di proteggere il letto della ferita da infezioni, assorbire gli essudati, ma soprattutto stimolare la rigenerazione di tessuto funzionale [6]. A questo scopo, il progetto di tesi presentato si propone di sviluppare un materiale innovativo, a base di polimeri naturali quali collagene, chitosano e fibroina della seta, processabile mediante tecniche di stampa 3D, al fine di realizzare delle strutture da impiegare durante il processo di rigenerazione delle ferite cutanee. Nella fase iniziale si sono studiate le caratteristiche dei singoli polimeri, al fine di definirne le opportune concentrazioni, e stabilire i rapporti volumetrici adatti ad ottenere un materiale composito processabile tramite stampa 3D ad estrusione. Sulla base degli studi reologici effettuati, è stata sviluppata una miscela (Col/Chi/Fib) successivamente processata tramite stampa 3D, valutando set-up e parametri di processo. In parallelo all’ottimizzazione del processo di stampa, si è lavorato allo sviluppo di strategie di reticolazione del materiale, al fine di ottenere uno scaffold caratterizzato da buona stabilità meccanica e termica, preservando la buona fedeltà di stampa ottenuta. Una prima strategia ha valutato l’azione di una soluzione di idrossido di sodio per stabilizzare gli strati stampati del materiale polimerico. A causa della scarsa fedeltà di stampa ottenuta e al parziale collasso della struttura, una seconda strategia ha investigato invece un processo di fotoreticolazione tramite radiazione UV. Per raggiungere tale obiettivo, la formulazione è stata modificata usando collagene metacrilato (ColMA) e aggiungendo un fotoiniziatore citocompatibile (Irgacure 2959). Questa seconda miscela (ColMA/Chi/Fib) è stata quindi studiata per realizzare degli scaffold tramite stampa 3D in combinazione alla fotoreticolazione strato per strato. Per garantire una maggiore rigidezza e stabilità degli scaffolds, un bagno di genipina in etanolo è stato infine valutato come ulteriore strategia di reticolazione a seguito della stampa. Ogni fase del processo ha previsto lo studio delle proprietà dei materiali e degli scaffolds sviluppati in termini di caratteristiche fisico-chimiche, proprietà reologiche, caratteristiche morfologiche e cinetiche degradative.