Salerno, Aurelio (2008) Realizzazione di espansi biodegradabili a porosità controllata mediante l’utilizzo combinato di elementi porogeni ed agenti espandenti per applicazioni biomediche. [Tesi di dottorato] (Inedito)

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Abstract

Il design di scaffolds biocompatibili e biodegradabili capaci di guidare i processi di rigenerazione tissutale rappresenta uno dei più importanti obiettivi dell’ingegneria dei tessuti. Il controllo delle proprietà microstrutturali degli scaffolds, in particolare porosità, dimensione ed orientazione dei pori, grado di interconnessione e distribuzione spaziale è infatti necessario per la realizzazione di tessuti biologici funzionali, invitro o in vivo. Questo lavoro di tesi è stato quindi finalizzato al design di materiali espansi a porosità controllata mediante la combinazione delle tecniche del gas foaming e del reverse templating. In particolare, due differenti tipologie di agente templante, microparticellare e continuo, sono state selezionate per controllare le proprietà di schiumatura del gas e realizzare scaffolds di PCL con proprietà microstrutturali idonee per la rigenerazione dei tessuti biologici. Lo studio dei processi di espansione di materiali compositi PCL/NaCl, a differenti distribuzioni dimensionali di microparticelle templanti (5μm e 300-500μm), ha permesso la realizzazione di scaffolds di PCL a porosità controllata. Il controllo della porosità totale, nel range 78-93% e, della dimensione dei pori, fra 10 e 500μm, è stato ottenuto variando la percentuale e la dimensione di agente templante, la composizione dell’agente espandente e la temperatura di foaming. Elevate velocità di caduta di pressione sono inoltre indispensabili per l’ottenimento di porosità altamente interconnesse. Controllando infine la distribuzione spaziale di agente templante è stato possibile realizzare scaffolds caratterizzati da gradienti spaziali di porosità e dimensione dei pori. Rispetto ai templanti microparticellari, l’impiego di agenti templanti continui, ha permesso la realizzazione di scaffolds di PCL a porosità controllata con proprietà meccaniche superiori. Le basse concentrazioni di agente templante (40%V) e, l’ottimizzazione del processo di foaming ha portato alla realizzazione di scaffolds di PCL con porosità totale (variabile nel range 60-90%) e proprietà meccaniche (ECS nel range 1.7 a 10MPa) ottimali anche per la rigenerazione dei tessuti duri. Le proprietà di biocompatibilità in vitro di questi scaffolds, valutate impiegando cellule staminali mesenchimali, hanno inoltre evidenziato la capacità di questi substrati di promuovere i processi di adesione, proliferazione e migrazione cellulare. Il lavoro sviluppato in questi tre anni di dottorato di ricerca ha messo in luce le grandi potenzialità della tecnica di gas foaming applicata a sistemi multifasici, nel design di scaffolds biodegradabili con proprietà microstrutturali e di biocompatibilità idonee alla rigenerazione dei tessuti biologici.

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