Scaffold nanostrutturati a base di collagene e nanoparticelle superparamagnetiche realizzati tramite elettrospinning per la rigenerazione funzionale del tessuto osseo = Nanostructured scaffolds based on collagen and superparamagnetic nanoparticles fabricated by means of electrospinning for functional bone tissue regeneration

Al giorno d’oggi le patologie e le lesioni del sistema muscolo scheletrico risultano essere un problema socioeconomico molto grave in quanto riducono significativamente la qualità della vita dei pazienti e costituiscono un impatto economico rilevante sul sistema sanitario. Inoltre, ad oggi il loro tasso di incidenza è in crescita a causa dell’incremento della aspettativa di vita e dell’invecchiamento della popolazione mondiale. Nonostante il tessuto osseo abbia una elevata capacità rigenerativa, in alcuni individui (ad esempio i pazienti diabetici) questa risulta seriamente compromessa, portando all’infragilimento del tessuto osseo e all’elevato rischio di fratture ricorrenti. Secondo le tecniche di medicina convenzionale, in tali casi si ricorre ai trapianti di tessuto osseo autologo, che però è limitato dalla bassa disponibilità e dai rischi legati al doppio sito di intervento. Sulla base delle precedenti considerazioni, l’ingegneria del tessuto osseo rappresenta una strategia alternativa mirata alla rigenerazione funzionale del tessuto, grazie all’ingegnerizzazione di scaffold bioattivi e biomimetici. In questo contesto, il progetto di tesi presentato propone lo sviluppo di uno scaffold composito a base di collagene Tipo I e nanoparticelle super-paramagnetiche di ossido di ferro (SPIONs) sfruttando la tecnica dell’elettrospinning per ottenere matrici nanofibrose biomimetiche. Il collagene, principale fase organica della matrice ossea, rappresenta una ottimale matrice biomimetica per l’adesione e crescita cellulare. In aggiunta, l’uso delle SPIONs consente di poter innescare meccanismi di meccano-trasduzione e guidare così il differenziamento delle cellule osteoprogenitrici grazie all’applicazione di uno stimolo magnetico esterno. In una prima fase dello studio, le SPIONs ottenute da due diversi metodi di sintesi ossia “Decomposizione termica” e “Pirolisi a spruzzo di fiamma”, sono state funzionalizzate con l'acido meso-2,3-dimercaptosuccinico al fine di migliorarne la stabilità colloidale nel mezzo acquoso e minimizzare eventuali fenomeni di aggregazione. Le particelle funzionalizzate e le sospensioni colloidali sono state successivamente caratterizzate tramite analisi fisico-chimiche e morfologiche. Inoltre, sono stati effettuati dei test di stabilità colloidale delle sospensioni ottenute nel medium per coltura cellulare, al fine di valutare come la formazione della "corona proteica" sulla superficie delle SPIONs possa influenzarne l'aggregazione o la precipitazione. Una preliminare valutazione biologica è stata condotta incubando i macrofagi RAW-264.7 con differenti concentrazioni di SPIONs, monitorando la vitalità, l’internalizzazione cellulare, e la risposta infiammatoria attraverso l’ausilio della citometria a flusso. Le particelle magnetiche sono infine state combinate con soluzioni di collagene di tipo I per creare delle formulazioni polimeriche da processare tramite electrospinning. Le matrici composite prodotte sono state reticolate chimicamente per creare dei legami covalenti tra le catene di collagene e garantire la stabilità in mezzi acquosi. Gli scaffold realizzati sono stati infine caratterizzati per le proprietà fisico-chimiche e morfologiche, valutando inoltre le cinetiche di degradazione e il potenziale rilascio di ioni ferro.