Functionalization of solvent-cast polymer-ceramic films to stimulate bone regeneration

Il tessuto osseo è il secondo tessuto più trapiantato al mondo, con circa 4 milioni di interventi chirurgici che prevedono innesti ossei o sostituti ossei eseguiti ogni anno. Nonostante l'elevata necessità clinica, i trattamenti convenzionali come gli autoinnesti e gli alloinnesti presentano notevoli limitazioni, tra cui una disponibilità limitata e il rischio di complicazioni. Di conseguenza, l’ingegneria del tessuto osseo è emersa come una soluzione promettente per il trattamento dei difetti scheletrici derivanti da traumi, malattie o malformazioni congenite. In questo contesto, i biomateriali svolgono un ruolo cruciale nel supportare l’adesione, la proliferazione e la differenziazione cellulare. Nonostante i notevoli progressi in biomateriali sintetici e naturali, le loro prestazioni biologiche restano limitate a causa della forte influenza delle proprietà superficiali sul comportamento delle cellule. Lo scopo di questo lavoro è stato quello di studiare le modifiche superficiali come strategie per migliorare la bioattività di film polimerici realizzati con acido polilattico (PLA) e film compositi di PLA/nano-idrossiapatite (PLA/HA). Per raggiungere questo obiettivo, sono stati preparati film di PLA e PLA/HA utilizzando la tecnica di solvent casting e funzionalizzati con un rivestimento ottenuto tramite layer-by-layer assembly. Il processo di rivestimento prevedeva l'alternanza di 11 strati di eparina e collagene, con lo strato finale costituito da eparina e dal fattore di crescita osteoinduttivo BMP-2. Prima della caratterizzazione biologica, i film sono stati caratterizzati fisicamente e chimicamente per verificare la corretta deposizione dei polielettroliti e per verificare i cambiamenti superficiali causati dal rivestimento. Le analisi di spettroscopia ad infrarossi a trasformata di Fourier con riflettanza totale attenuata (FTIR-ATR) e Water Contact Angle hanno confermato che la deposizione dei layers è avvenuta con successo e hanno mostrato un progressivo aumento dell'idrofilicità, più pronunciato nei film PLA/HA, suggerendo una maggiore interazione tra la fase inorganica e gli strati depositati. Le analisi di microscopia a scansione elettronica (SEM) hanno rivelato cambiamenti morfologici all'aumentare del numero di layers. Inoltre, gli staining con Alcian Blue e Sirius Red per eparina e collagene, rispettivamente, hanno mostrato la distribuzione dei polielettroliti sulle superfici testate. La valutazione biologica è stata eseguita utilizzando la linea cellulare immortalizzata Y201, coltivata fino a 21 giorni, per valutare la citocompatibilità e il potenziale osteogenico dei film. I test Live/Dead e Presto Blue hanno confermato un'elevata vitalità cellulare in tutti i campioni testati, mentre la colorazione con DAPI/falloidina ha mostrato un progressivo aumento dello spreading cellulare e una maggiore confluenza nel tempo, che ha portato alla formazione di uno strato di tessuto dopo 21 giorni. Infine, l'analisi dell'espressione genica è stata eseguita tramite RT-qPCR per valutare il potenziale osteogenico dei film rivestiti. I risultati hanno mostrato una sottoregolazione dei marcatori condrogenici, suggerendo che le pellicole possono fornire un ambiente adatto per la differenziazione osteogenica. Le indagini future dovrebbero includere la valutazione della cinetica di degradazione del rivestimento e del profilo di rilascio di BMP-2, nonché l'analisi di geni osteogenici più specifici per chiarire meglio il potenziale osteogenico del nanocoating ingegnerizzato.