I polisaccaridi sono materiali naturali molto impiegati nel settore medico data la loro non tossicità, biocompatibilità e biodegradabilità. Il chitosano, in particolare, possiede proprietà chimico-fisiche e biologiche uniche che lo rendono un materiale molto utilizzato non solo in medicina ma anche nel settore alimentare, chimico, in cosmetica, nel trattamento delle acque, nell¿estrazione e nel recupero dei metalli. La versatilità di tale polimero è dovuta alla presenza di numerosi gruppi funzionali che possono permettere modificazione del materiale garantendo un notevole miglioramento di molte delle proprietà fisiche tra cui solubilità, resistenza termica e meccanica.
In questi ultimi anni, la ricerca in ambito medico è maggiormente diretta alla variazione delle proprietà biologiche in termini di produzione di sistemi biomimetici, cioè strutture che possano imitare la matrice extracellulare (ECM) in modo da garantire un migliore riconoscimento da parte dei tessuti biologici.
A tale scopo, nella presente ricerca si produrranno matrici porose polielettrolitiche (PEC) biomimetiche, a partire da due polisaccaridi, alginato (AL) e chitosano (CS), impiegati a diversi rapporti molari. Tali sistemi saranno reticolati fisicamente con cloruro di calcio al fine di migliorare la loro resistenza meccanica e la stabilità in ambiente acquoso. I PEC saranno poi resi biomimetici mediante introduzione o di molecole bioattive, quali eparina o acido ialuronico, o di gruppi funzionali simili a quelli presenti nella ECM. In quest¿ultimo caso si potranno ottenere matrici non solo biomimetiche ma anche con proprietà antimicrobiche e bioattive migliorate. I sistemi realizzati, scaffold, micro- o nano-particelle, potranno avere applicazioni nella rigenerazione tissutale, nel rilascio di molecole bioattive o nel wound healing.
Negli ultimi anni, in ambito biomedico, la ricerca è sempre più indirizzata verso lo sviluppo di nuovi sistemi utilizzabili per applicazioni in medicina rigenerativa. In questo campo, l'ingegneria tissutale (TE) ha consentito, anche se solo in parte, la diminuzione nell'utilizzo di trapianti o di tecniche basate sulla chirurgia ricostruttiva. La TE ha, infatti, sviluppato una nuova alternativa che consente di sostituire il tessuto/organo leso con un tessuto/organo vivo che è progettato e costruito in laboratorio e che sia in grado di soddisfare le esigenze del singolo paziente. Tale tecnica basa i suoi principi sullo sviluppo di supporti, noti come scaffold, in cui le cellule possano aderire, proliferare e differenziarsi in totale libertà e che al contempo forniscano un supporto tridimensionale per il tessuto di nuova formazione. La produzione di tali matrici richiede lo studio di nuovi materiali che posseggano proprietà biologiche, adeguate a favorire l'interazione con cellule e fattori di crescita, e proprietà meccaniche in grado di consentire la neo-vascolarizzazione del tessuto. I materiali polimerici, nello specifico i biopolimeri, hanno richiamato l'nteresse della comunità scientifica, diventando quindi la materia principe nella costruzione di tali supporti. Oltre a proprietà biologiche quali biocompatibilità, biodegradabilità e bioattività, negli ultimi la ricerca ha spostato il suo interesse verso la produzione di matrici biomimetiche. L'interesse verso tali strutture deriva dalla loro capacità di imitare la matrice extra-cellulare. In questo modo, il sistema sarà in grado di fornire alle cellule i segnali fisici, biologici e chimici che influenzano la loro crescita e funzione. Oltre alla realizzazione di scaffold, tali sistemi possono essere impiegati per la realizzazione di geometrie differenti (film o micro/nano-particelle) utilizzabili nel wound healing o nel drug delivery.
Nella presente ricerca si produrranno matrici porose polielettrolitiche (PEC) biomimetiche, a partire dall'unione di due polimeri: alginato (AL) e chitosano (CS), impiegati a diversi rapporti molari. La scelta di non usare un omopolimero deriva dalla possibilità di ottenere, con l'interazione dei due, una matrice che possieda proprietà biologiche, meccaniche, morfologiche e chimico-fisiche superiori a quelle ricavabili utilizzando un solo polimero. Inoltre, poiché i sistemi così costituiti potrebbero presentare ancora degli inconvenienti derivanti dalla scarsa resistenza meccanica e dalla loro instabilità in ambiente acquoso, con possibile disgregazione del materiale, si procederà a reticolare le matrici ottenute con un agente reticolante di tipo fisico, il cloruro di calcio. La scelta di tale agente reticolante è motivata dal fatto che il calcio è in grado di interagire con i carbossili dell'alginato producendo dei punti di reticolazione, noti come "egg box". L'instaurarsi di tali interazioni dovrebbe stabilizzare la struttura ed implementare le proprietà meccaniche del sistema chitosano/alginato (CS-AL).
Tuttavia, l'innovatività della ricerca risiede nel rendere i sistemi polielettrolitici biomimetici, cioè mimanti la struttura chimica della matrice extracellulare (ECM), quindi più favorevoli al riconoscimento cellulare. A tale scopo verranno esplorate diverse vie di modifica fisica o chimica dei sistemi preparati CS/AL: a) introduzione di eparina (EP) o acido ialuronico, in grado di interagire meglio con i fattori di crescita dei fibroblasti (FGF) e con il fattore di crescita dell'endotelio vascolare (VEGF); b) solfonazione dei gruppi funzionali presenti nei polimeri, in quanto tali gruppi sono molto presenti nella ECM. Quest'ultima metodologia potrebbe anche consentire lo sviluppo di matrici non solo biomimetiche ma anche con proprietà antimicrobiche e bioattive migliorate, necessarie per le applicazioni richieste.
La potenzialità di realizzare un avanzamento delle conoscenze rispetto allo stato dell'arte risiede nella presenza nel gruppo di competenze specifiche nel settore della sintesi e modifica di polimeri (la proponente Prof. Piozzi e Dott.ssa Migneco), della caratterizzazione chimico-fisica (Prof. Martinelli) e in quella biologica (Prof. Piozzi) che opportunamente sfruttate permetteranno di realizzare materiali potenzialmente applicabili nel settore biomedico (Tissue Engineering, Wound healing o Drug Delivery).