Sviluppo di uno scaffold piezoelettrico a rilascio di farmaco per la rigenerazione cardiaca tramite elettrofilatura di polivinilidenfluoruro caricato con nanoparticelle di silice mesoporosa = Development of a piezoelectric drug-releasing scaffold for cardiac regeneration through electrospinning of polyvinylidene fluoride loaded with mesoporous silica nanoparticles

L'insufficienza cardiaca post-infarto del miocardio è una delle patologie cardiovascolari più diffuse e tra le principali cause di morte, poiché le terapie attualmente disponibili non sono in grado di contrastare efficacemente il rimodellamento patologico del tessuto cardiaco danneggiato. Di conseguenza, è necessario sviluppare nuove tecnologie per la rigenerazione del miocardio, in particolare nel campo dell'ingegneria tissutale. In questo ambito, gli scaffold rivestono un ruolo fondamentale per la loro capacità di interagire con i tessuti e di stimolarne la rigenerazione. Questi dispositivi permettono trattamenti farmacologici mirati, poiché possono essere caricati con molecole bioattive e farmaci, consentendo il rilascio localizzato e controllato. Utilizzando la tecnica di elettrofilatura è possibile produrre strutture nanofibrose e porose impiantabili sulle pareti cardiache che forniscono un sostegno strutturale in grado di assistere la rigenerazione del miocardio. In questo scenario, alcuni polimeri sintetici come il PVDF, noto per la sua biocompatibilità e le proprietà piezoelettriche, rappresentano una buona scelta per mimare le caratteristiche del tessuto cardiaco. Inoltre, terapie localizzate sono possibili con scaffold caricati con vettori per il rilascio di farmaco. Un esempio di vettori sono le nanoparticelle di silice mesoporosa (NSM), caratterizzate da mesopori in grado di ospitare il farmaco e rilasciarlo in loco. L’obiettivo di questa tesi è di sviluppare uno scaffold a rilascio di farmaco per la rigenerazione del miocardio che sia in grado mimare il tessuto cardiaco, di sostenerne le funzioni e promuoverne il rimodellamento fisiologico. Questo dispositivo è stato realizzato mediante la creazione di una struttura nanofibrosa orientata in PVDF utilizzando tecniche di elettrofilatura. In aggiunta, è stato caricato con NSM per un rilascio locale di farmaci per contrastare il processo di rimodellamento patologico del miocardio. La fase iniziale della tesi ha riguardato lo sviluppo delle formulazioni polimeriche e lo studio della loro elettrofilabilità tramite un approccio multivariato basato sul Design of Experiment. Questo studio è stato utilizzato come base per la successiva ottimizzazione dei parametri di processo. Le membrane ottenute sono state caratterizzate dal punto di vista delle proprietà morfologiche, cioè il diametro e l'orientamento delle fibre, quelle fisico-chimiche, come la percentuale di fase piezoelettrica e la cristallinità, e le proprietà meccaniche. Per aumentare la piezoelettriccià e la stabilità delle fibre, è stata studiata la produzione di scaffold utilizzando il PVDF-TrFE, un copolimero del PVDF noto per delle migliori e più stabili proprietà piezoelettriche. I risultati ottenuti confrontando i due materiali mostrano come le prestazioni del PVDF siano comparabili a quelle del PVDF-TrFE. Nella fase successiva, è stato esplorato il processo di incorporazione delle NSM nelle membrane. È stato sviluppato un protocollo per integrare le nanoparticelle nella soluzione di PVDF, seguito dall'elettrofilatura. È stato possibile produrre membrane in PVDF e NSM utilizzando soluzioni di polimero arricchite al 5% (peso su volume) di silici mesoporose. Ogni fase del processo è stata caratterizzata da uno studio dettagliato delle proprietà dei materiali e delle strutture sviluppate, concentrandosi sulle loro caratteristiche fisico-chimiche, proprietà reologiche, morfologia e stabilità.