Ottimizzazione di substrati polimerici nanostrutturati per la funzionalizzazione di sensori in fibra ottica: verso lo sviluppo di piattaforme biofotoniche avanzate per la rilevazione di biomarcatori tumorali. = Optimization of nanostructured polymeric substrates for the functionalization of optical fiber sensors: towards the development of advanced biophotonic platforms for tumor biomarker detection.

Ad oggi, nonostante i progressi terapeutici, la diagnosi precoce del cancro resta una grande sfida, poiché i metodi tradizionali per la rilevazione di biomarcatori tumorali sono complessi, operatore-dipendente e richiedono grandi volumi di campione e reagenti. È quindi necessario sviluppare piattaforme rapide, affidabili e sensibili per individuare precocemente la malattia. In questo contesto, i biosensori ottici rappresentano strumenti promettenti e innovativi per la rilevazione di biomarcatori presenti a basse concentrazioni. In particolare, una strategia interessante è rappresentata dalla combinazione delle fibre ottiche con nanomateriali funzionalizzati e superfici nanostrutturate, che promuovono una migliore modulazione dell’interazione tra luce e ambiente circostante, portando ad un miglioramento della sensibilità e della funzionalità del biosensore. Il presente lavoro di tesi è stato svolto nel contesto del progetto FOCAL (“Fiber Optics sensors as a platform for CAncer diagnosis and in vitro modeL testing”), finalizzato allo sviluppo di una piattaforma biofotonica avanzata per la rilevazione di marcatori tumorali, basata sulla combinazione di fibre ottiche, materiali nanostrutturati biocompatibili e sistemi microfluidici. Per la prima valutazione della piattaforma, il VEGF e TGF-β sono stati selezionati come biomarcatori di interesse, in quanto risultano sovra-espressi in caso di osteosarcoma. Nello specifico, il lavoro di tesi si è concentrato sullo sviluppo di substrati polimerici nanostrutturati in grado di garantire un buon grado di funzionalizzazione della fibra ottica per l’ancoraggio dei biomarcatori, e favorire l’adesione cellulare grazie alle caratteristiche biomimetiche. In accordo con gli obiettivi del lavoro, l’electrospinning è stata scelta come tecnica di fabbricazione dei substrati poiché consente di ottenere matrici nanofibrose che mimano la matrice extracellulare, favorendo l’adesione e la vitalità cellulare. Una formulazione a base di poli(ε-caprolattone) (PCL) e gelatina, gold standard nell’ingegneria tissutale ossea, è stata confrontata con un sistema a base di Eudragit L100, polimero biocompatibile già testato per la funzionalizzazione delle fibre ottiche. La fase iniziale ha riguardato quindi lo studio della processabilità delle formulazioni sviluppate con la tecnica dell’electrospinning, ottimizzando i diversi parametri di processo. I substrati ottenuti sono stati caratterizzati in termini morfologici, fisico-chimici, e tramite test in fluorescenza per valutare l’effetto dei parametri di processo sulle fibre prodotte e per verificare la presenza di gruppi funzionali utili all’ancoraggio del biomarcatore. Inoltre, a causa della solubilità dell’Eudragit L100 a pH fisiologico, è stato valutato l’effetto di una reticolazione chimica mediante 1-etil-3-(3-dimetilaminopropil) carbodiimide (EDC) e N-idrossisuccinimmide (NHS) per incrementare la stabilità del substrato nanofibroso. La stabilità dei substrati polimerici è stata successivamente testata utilizzando il mezzo di coltura cellulare a diversi tempi di incubazione. Una seconda fase dello studio ha riguardato l’ottimizzazione della deposizione di nanofibre sulla fibra ottica per ottenere un rivestimento stabile e aderente. Il prototipo è stato quindi caratterizzato morfologicamente e testato per la stabilità in condizioni statiche e dinamiche in mezzo acquoso, all’interno di un sistema microfluidico.