Sintesi e caratterizzazione di idrogeli con proprietà adesive migliorate per applicazioni biomedicali = Synthesis and characterization of hydrogels with enhanced adhesive properties for biomedical applications

La medicina rigenerativa è un campo innovativo della medicina focalizzato sulla riparazione e rigenerazione funzionale dei tessuti danneggiati attraverso l’impiego combinato di biomateriali, cellule e fattori bioattivi. In particolare, gli idrogeli risultano essere strutture ideali per applicazioni biomedicali, essendo dei network idrofilici in grado di rigonfiare in ambiente acquoso, caratteristica che li rende molto simili alla matrice extracellulare (ECM). Presentano inoltre un’elevata biocompatibilità e proprietà chimico-fisiche modulabili, risultando adatti all’impiego come scaffold in ingegneria tissutale e wound healing. Tra i materiali adoperati per la sintesi di idrogeli, un materiale che ha attirato particolarmente attenzione è la Gelatina Metacrilata (GelMA). Si tratta di un materiale derivato dalla gelatina modificato con gruppi metacrilati che ne permettono la fotopolimerizzazione, mantenendo le proprietà bioattive del collagene e consentendo la modulazione delle proprietà meccaniche dell’idrogelo risultante. Tuttavia, la GelMA presenta una limitata adesività ai tessuti, soprattutto in ambienti umidi, il che può limitarne l’efficacia in applicazioni cliniche quali riparazione di tessuti molli e guarigione di ferite. Per superare questo limite, si è adottata una strategia ispirata al meccanismo adesivo dei mitili marini. Questi organismi utilizzano proteine adesive contenenti DOPA (diidrossifenilalanina) per aderire a superfici di qualsiasi tipo, siano esse organiche o inorganiche, anche in condizioni umide e dinamiche. La DOPA, infatti, è in grado di formare molteplici interazioni come legami a idrogeno e legami covalenti anche in presenza di acqua, risultando quindi essere un elemento chiave nella progettazione di adesivi biofunzionali. In questo lavoro di tesi è stato quindi sviluppato un idrogelo innovativo, ottenuto combinando le proprietà della GelMA con quelle della DOPA con l’obiettivo di preservare la bioattività del materiale e migliorarne significativamente l’adesione in ambienti umidi. La sintesi è avvenuta in due passaggi principali che portano alla formazione della GelMA-COOH-DOPA: l’introduzione di gruppi carbossilici tramite succinilazione del GelMA e la successiva coniugazione di dopamina cloridrato mediante chimica delle carbodiimmidi, al fine di massimizzare la funzionalizzazione del materiale. Questo lavoro di tesi si compone di tre capitoli principali. Il primo capitolo introduce i concetti di biomateriali, medicina rigenerativa, ingegneria dei tessuti e ruolo degli idrogeli. Vengono poi approfondite le caratteristiche della GelMA e il meccanismo adeisvo della DOPA. Nel secondo capitolo, vengono illustrati i metodi sperimentali adottati per la sintesi e caratterizzazione dei materiali, includendo caratterizzazioni chimico-fisiche nonché meccaniche e biologiche. Inoltre, è stato studiato il comportamento delle formulazioni in termine di reticolazione, rigonfiamento, degradazione e adesione. Vengono inoltre descritte le analisi biologiche preliminari tramite mezzo condizionato e le prove di adesione cellulare diretta. Il terzo capitolo è dedicato alla discussione dei risultati ottenuti, con particolare enfasi sul confronto tra GelMA e GelMA-COOH-DOPA, evidenziando l’influenza della DOPA sulle proprietà del materiale. Nel capitolo finale, vengono presentate le conclusioni del lavoro e possibili sviluppi futuri, in particolare in ambito clinico per la rigenerazione tissutale e la guarigione di ferite complesse.