Valutazione delle proprietà chimico-fisiche e reologiche di biomateriali compositi a base di collagene per la biofabbricazione di scaffold ossei.

L’osteoporosi è una malattia sistemica dello scheletro causata da uno squilibrio nel processo di rimodellamento osseo. Poiché si tratta di una malattia cronica l’attività di prevenzione e le cure farmacologiche possono solo ritardarne l’insorgere e rallentarne la progressione ma mai portare alla guarigione del paziente. Attualmente le fratture ossee sono curate con la chirurgia impiantando nel paziente viti o placchette metalliche che devono essere rimosse con ulteriori interventi chirurgici causando un rallentamento del pieno recupero del paziente. Talvolta per il trattamento di una frattura osteoporotica si procede ad un innesto osseo. Una nuova frontiera nell’ambito dell’innesto osseo è data dall’ingegneria tissutale che ha come obiettivo la rigenerazione e il ripristino delle funzioni dei tessuti affetti da patologie o danneggiati cercando di replicarli. Uno dei campi di azione dell’ingegneria tissutale è la creazione di tessuto osseo e si parla in questo caso di bone tissue engineering (BTE). Scopo principale del BTE è la realizzazione di scaffold atti alla cura di fratture e patologie ossee. Tali scaffold sono degli impianti ossei che devono essere opportunamente ingegnerizzati per soddisfare le esigenze di biocompatibilità, bioattività e biodegradabilità. Al fine di ottenere tali proprietà è necessaria la scelta di appropriate tecniche di fabbricazione e materiali che replichino dal punto di vista strutturale, morfologico e composizionale il tessuto osseo. Il seguente lavoro di tesi è stato svolto nel contesto del progetto BOOST (Biomimetic trick to re-balance osteoblast-osteoclast loop in osteoporosis treatment: a topological and materials driven approach) il quale ha come obiettivo il trattamento dell’osteoporosi attraverso la realizzazione con la tecnica del 3D printing di scaffold intelligenti che replichino il tessuto osseo sano per ripristinare il corretto processo di rimodellamento. Il materiale composito scelto nell’ambito del progetto BOOST per la realizzazione degli scaffold è costituito da una matrice di collagene al cui interno sono inglobate particelle di vetro bioattivo mesoporose caricate con il 4% di stronzio il quale è noto per i suoi effetti anabolici e anti catabolici. Le percentuali in peso dei due componenti sono state determinate in modo da riprodurre le percentuali in volume delle fasi organiche e inorganiche del tessuto osseo naturale. Durante il seguente lavoro di tesi sono state realizzate sospensioni a diverse concentrazioni di collagene e particelle di vetro bioattivo mesoporose caricate con il 4% di stronzio realizzate con tecnica sol-gel o spray-dry. L’obiettivo del lavoro di tesi è stato quello di valutare le caratteristiche morfologiche e reologiche di tali biomateriali per prevedere il loro comportamento come bio-inchiostro per la stampa 3D. Le medesime sospensioni sono state successivamente utilizzate per la realizzazione di campioni bulk destinati all’analisi morfologica tramite FESEM e all’analisi spettroscopica tramite FTIR-ATR. Durante il lavoro di tesi è stato inoltre verificato l’effetto di reticolanti chimici come genipina e 4starPEG sui campioni bulk analizzandoli con il reometro, FESEM e FTIR-ATR. Nella seconda parte del lavoro di tesi, utilizzando il composito più promettente dal punto di vista reologico e morfologico, sono stati realizzati attraverso la stampante 3D dei reticoli quadrati 10mmx10mm e con spessore di 1mm.