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Scaffold Biomimetici

Gli scaffold biomimetici hanno un ruolo fondamentale negli approcci di Ingegneria dei Tessuti poiché possono influenzare l’adesione, la proliferazione e il differenziamento cellulare (Owen et al., JBMRA 2010). L’utilizzo di scaffold caratterizzati da segnali chimico-fisici e da una struttura che mima la matrice extracellulare (ECM)  permette di controllare e influenzare la specifica risposta cellulare.

E’ perciò fondamentare replicare nello scaffold la macro e nano struttura della ECM (Agarwal et al., Polymer 2008) . Inoltre, funzionalizzando gli scaffold con opportuni stimuli chimico-fisici è possible realizzare un ambiente ingegnerizzato in grado di influenzare la risposta cellulare (Ren et al., Biomaterials 2009).

 

A)  SCAFFOLDS DA ELETTROFILATURA

L’elettrofilatura è una tecnologia efficace per produrre tessuti-non-tessuti costituiti da fibre continue di dimensioni sub- micrometriche ben definite, con caratteristiche morfologiche, forma, spessore e proprietà di superficie controllate. in grado di mimare la morfologia della componente fibrosa proteica della matrice extracellulare [1].

L’elevata porosità delle strutture risultanti determina una buona permeabilità, che è un parametro importante in controllare la diffusione delle sostanze e cellule nello scaffold e nella sede di impianto. Lo scaffold di elettrofilato es-PLLA scaffold rappresenta quindi un versatile strumento con potenziali applicazioni in molti tipi di lesione nervosa. Inoltre, le buone proprietà meccaniche ed elevata flessibilità degli scaffold elettrofilati consentono una grande versatilità in termini di applicazioni di ingegneria tissutale, dal riempimenti di cavità, all’avvolgimento di nervi, alla copertura di breccie lesionali.

Tuttavia,il microambiente creato da nanofibre elettrofilate potrebbe non essere sufficiente per sé di indurre il differenziamento di cellule. In questo caso, la funzionalizzazione chimica e fisica dello scaffold elettrofilato (per aumentare  i gruppi chimici funzionali, per coniugate proteine di matrice, per incorporare farmaci) potrebbe ampiare enormemente i settori applicativi e la versatibilità del dispositivo, anche ai fini del controllo della reazione infiammatoria del tessuto a seguito di lesioni. Molti materiali polimerici, sia sintetici che naturali, possono essere elettrofilati. Trai polimeri di sintesi, l’acido polilattico PLLA) è un materiale biocompatibile e riassorbibile con il quale è possibile fabbricare scaffold elettrofilati (es-PLLA) che rappresentano un versatile strumento con potenziali applicazioni in molti tipi di lesione nervosa.

 

B)  GEL TERMOSENSIBILI

I gel termosensibili sono vantaggiosi perché gelificano a seguito di variazioni di temperatura e la temperatura di gelificazione può essere controllata variando il rapporto tra unità idrofobe e idrofile nella catena polimerica (Tang et al. , Singh J. Int J Pharm 2009.). I gel termosensibili sono stati ampiamente utilizzati per la realizzazione di matrici incorporanti cellule e farmaci: le cellule e le molecole bioattive vengono aggiunte a soluzioni acquose del polimero a temperatura ambiente; il sistema gelifica successivamente alla sua somministrazione in vivo, incapsulando le cellule e il farmaco. Tuttavia, i polimeri termosensibili commercialmente disponibili (Pluronic, PNIPAAM) non sono degradabili. Esempi di gel termosensibili disponibili in commercio e degradabili includono invece i copolimeri a blocchi (bi-, tri-, multi-blocco) costituiti da blocchi idrofobici A e blocchi idrofilici B, dove A è il polietileneglicole (PEG) e B è uno dei tre polimeri biodegradabili: poli(lattide-co-glicolide) (PLGA), acido polilattico (PLA) o policaprolattone (PCL) (Fedorovich et al., Tissue Eng. 2007). Tuttavia, essi non presentano gruppi funzionali biomimetici, hanno generalmente scarse proprietà meccaniche e non sono biodegradabili (cioè non degradano per azione enzimatica in ambiente biologico). Tali copolimeri sono peraltro degradabili per idrolisi, con la formazione di prodotti di degradazione acidi, che possono però degradare i farmaci incorporati nel materiale, qualora essi risultino particolarmente sensibili ad un pH acido.

I poliuretani segmentati (PU) sono biomateriali con caratteristiche meccaniche modulabili, buona processabilità e biocompatibilità (Rechichi et al., J. Biomed. Mater. Res. A 2007) e possono essere resi biodegradabili per introduzione di opportuni segmenti di catena sensibili all’azione degli enzimi (Scott. et al., Tissue Eng. B 2008). Recentemente, sono stati sintetizzati gel termosensibili a base di blocchi idrofobi di poli(serinol esametilen uretano) e blocchi idrofili di PEG, contenenti un gruppo amminico per unità ripetente, rendendo così possibile la biofunzionalizzazione con peptidi (Park et al., Biomaterials 2010). I gel termosensibili in PU sono molto versatili, perché possono essere preparati da diverse combinazioni di dioli, estensori di catena e diisocianati, in modo da controllarne la biodegradabilità, le proprietà meccaniche e la biofunzionalizzazione tramite gruppi reattivi laterali.

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