Nanobiomateriali con proprietà anti-fouling / antibatteriche per la rigenerazione dei tessuti = Nanobiomaterials with anti-fouling/anti-bacterial properties for tissue regeneration

Ancora oggi, un problema di grande rilievo con notevoli implicazioni cliniche e socioeconomiche è rappresentato dall’infezione ossea. Questa patologia viene descritta come un processo infiammatorio che porta alla distruzione del tessuto osseo, causata solitamente da un’infezione microbica. Attualmente viene trattata con terapie convenzionali, che consistono nella somministrazione sistemica di antibiotici, nella chirurgia e in alcuni casi nella rimozione degli impianti, che spesso però hanno un esito fallimentare attribuibile alla capacità dei batteri di sviluppare un’alta resistenza, attraverso la formazione di un biofilm, ovvero una comunità di microrganismi che crescono attaccati ad una superficie e successivamente si incorporano in una matrice extracellulare autoprodotta. L’obiettivo generale di questo lavoro di tesi, condotta presso Biomaterials Laboratory-Gruppo IRIS nel dipartimento DISAT del Politecnico di Torino e il dipartimento di chimica inorganica dell’università Complutense di Madrid, è quello di sviluppare delle matrici multifunzionali che presentino un effetto sinergico, ottenuto grazie all’azione antiadesiva batterica di superfici funzionalizzate e dal rilascio di ioni e farmaci antibatterici, che curino le infezioni e favoriscano la rigenerazione ossea. Tra i vari biomateriali, i vetri bioattivi mesoporosi (Mesoporous Bioactive Glasses), risultano essere molto promettenti, grazie alla loro eccellente bioattività e alle loro caratteristiche strutturali. Essi presentano la stessa composizione dei vetri bioattivi e hanno una struttura altamente ordinata tipica della silice mesoporosa, con pori di diametro compreso fra 2 e 50 nm, la quale favorisce gli scambi ionici, determinando un comportamento osteoinduttivo estremamente spiccato, che permette di incorporare e rilasciare agenti terapeutici (ioni e/o farmaci). Inoltre, è possibile rendere la superficie antiadesiva attraverso una funzionalizzazione con specie zwitterioniche (ugual numero di cariche positive e negative) per favorire un’alta resistenza all’adesione batterica ed evitare la formazione di biofilm. Nello specifico, in questo lavoro di tesi, sono stati sintetizzati dei vetri bioattivi mesoporosi attraverso le tecniche sol-gel in ambiente basico e sol-gel accoppiato all’uso della tecnica spray-drying, dove in entrambe, in fase di sintesi, è stato inserito un precursore di ione rame, date le proprietà antibatteriche di questo elemento. Le superfici degli MBGs sono state poi funzionalizzate per impartire proprietà di anti-adesione sfruttando la chimica dei silani e, infine, per potenziarne l’effetto terapeutico, i campioni sono stati caricati con rifampicina, antibiotico ampiamente studiato in letteratura come modello per il rilascio controllato. Successivamente sono state effettuate delle caratterizzazioni dei materiali, sotto l’aspetto morfologico, strutturale e chimico. La funzionalizzazione e l’incapsulamento del farmaco non influiscono sulla morfologia sferica e la dimensione delle particelle. Per valutare le potenzialità antibatteriche dei materiali sviluppati sono stati condotti dei test di rilascio del rame e della rifampicina dai quali è risultato una cinetica di rilascio sostenuta nel tempo con rilascio totale dell’80% del farmaco caricato. Infine, è stato valutato l’effetto antibatterico tramite test antibatterici in modelli planctonici, utilizzando i batteri Escherichia.coli e Stafilococco.aureus