Negli ultimi anni si è assistito ad un aumento dell¿interesse scientifico verso lo sviluppo di biomateriali per applicazioni biotecnologiche (es. veicolazione di farmaci, ingegneria tissutale). Gli idrogeli sono fra i materiali più studiati per tali applicazioni, in quanto, essendo in grado di intrappolare grandi quantità di acqua, presentano un¿elevata biocompatibilità. Gli idrogeli di tipo peptidico sono inoltre in grado di riprodurre alcune caratteristiche della matrice extracellulare e sono facilmente modificabili sia chimicamente che enzimaticamente. Di recente è emersa la possibilità di preparare idrogeli anche a partire da oligopeptidi autoassemblanti.
Il presente progetto di ricerca avrà come obiettivo la preparazione di idrogeli peptidici compositi iniettabili per la veicolazione di sostanze bioattive utili nel promuovere la rigenerazione del tessuto osteoarticolare. Verranno utilizzati enzimi commerciali per biosintetizzare Fmoc-tripeptidi autoassemblanti mediante una reazione di idrolisi inversa in ambiente acquoso partendo da un dipeptide e un amminoacido protetto dal gruppo Fmoc. Il tripeptide così formato agisce da idrogelatore autoassemblando in acqua a formare una struttura tridimensionale in grado di trattenere l¿acqua stessa. Al fine di poter utilizzare tecnologicamente gli idrogeli, si richiede che tali biomateriali abbiano un¿adeguata stabilità strutturale e sufficienti proprietà meccaniche. Per raggiungere tale scopo gli idrogeli peptidici verranno preparati in presenza di ossido di grafene (GO). L¿ossido di grafene, interagendo fisicamente con i peptidi che costituiscono il gel, potrà stabilizzare ulteriormente la componente solida del gel. Inoltre consentirà di aggiungere siti funzionali (epossidici, carbossilici e ossidrilici) per ulteriori derivatizzazioni del gel e impartirà proprietà conduttive, utili per regolare comportamenti cellulari come la proliferazione cellulare, il differenziamento o la sintesi proteica.
Negli ultimi anni la ricerca scientifica in campo biomedico sta rivolgendo la propria attenzione verso la somministrazione controllata di farmaci per tempi prolungati, al fine di minimizzare i possibili effetti collaterali derivanti dal sovradosaggio. Per questo motivo si stanno studiando e realizzando sistemi in grado di intrappolare, trattenere e rilasciare molecole bioattive nel tempo ed in funzione di particolari stimoli chimico-fisici. Affinché tali materiali possano essere utilizzati in campo biologico, devono essere costituiti da molecole biocompatibili e biodegradabili.
Il presente progetto si propone di realizzare un idrogel composito iniettabile e sufficientemente stabile da intrappolare e trattenere molecole bioattive per poi rilasciarle nel sito bersaglio in modo controllato. L¿idrogel che ci si propone di realizzare nell¿ambito di tale progetto sarà costituito da un network tridimensionale a base peptidica in grado di trattenere il mezzo di reazione in cui sarà formato, l¿acqua, e le molecole in esso disciolte. Il network sarà realizzato a partire da Fmoc-tripeptidi, sintetizzati enzimaticamente in un ambiente acquoso, che sono in grado di autoassemblarsi in strutture ordinate. Per migliorarne le proprietà meccaniche, l¿idrogel sarà addizionato con materiali carboniosi nano strutturati (es.Ossido di Grafene,nano tubi di carbonio) materiali recente recentemente identificati come particolarmente promettenti per la capacità abilità nel modulare le proprietà chimico-fisiche di idrogeli.
L¿idrogel proposto sarà iniettabile, in quanto i suoi precursori sono liquidi a temperatura ambiente e, in seguito all¿aggiunta dell¿enzima e all¿incubazione alla temperatura fisiologica di 37°C, danno origine all¿idrogel, che quindi potrà essere formato in vivo iniettando i precursori nel sito bersaglio. La formazione del gel dopo iniezione comporta numerosi vantaggi, fra cui la possibilità di impianto del biomateriale senza dover ricorrere ad interventi chirurgici e la possibilità di intrappolare molecole bioattive semplicemente miscelandole prima dell¿iniezione. Nel progetto in questione sarà intrappolato all¿interno degli idrogeli il secretoma di cellule mesenchimali da placenta umana, fornito da gruppi di ricerca di altre università italiane con cui è in corso una collaborazione scientifica. Il secretoma è infatti costituito da molecole in grado di stimolare la riparazione dei tessuti osteoarticolari danneggiati con proprietà anti-infiammatorie, anti-fibrotiche e anti-angiogenica, il cui uso nell¿ingegneria tissutale rappresenta una novità particolarmente promettente.