Il chitosano (CS) è un polimero molto impiegato in campo medico grazie alle sue caratteristiche di biocompatibilità, biodegradabilità, non tossicità ed antimicrobicità. Nel bone tissue engineering il CS assume un ruolo di rilevo in quanto possiede, al contrario di altri polimeri impiegati in questo settore (per esempio policaprolattone o polilattide), una superficie idrofila che promuove l'adesione e la proliferazione cellulare. Le proprietà meccaniche del CS, tuttavia, non sono adeguate per ricostruire alcune tipologie di osso. Tra i materiali, polimerici o inorganici, impiegati per modulare le proprietà meccaniche del CS troviamo il grafene e i suoi derivati funzionalizzati. In particolare, il grafene ossido (GO), con basso costo di produzione, grande superficie di contatto, buon comportamento colloidale e bassa citotossicità, contiene una serie di gruppi ossigenati particolarmente adatti alla funzionalizzazione con altri materiali.
Pertanto, allo scopo di realizzare scaffolds per la rigenerazione del tessuto osseo, saranno preparate e caratterizzate matrici composite a base di chitosano (CS) e grafene ossido (GO). Al fine di disperdere omogeneamente il nanofiller nella matrice polimerica, garantendo il massimo trasferimento di carico con il minimo caricamento di filler, tali compositi sarà ottenuti legando covalentemente il GO al CS. Al fine di modulare le proprietà fisiche dei compositi saranno impiegati diversi rapporti in peso tra i due componenti. Dopo aver caratterizzato il GO e i compositi con tecniche quali AFM, FESEM, RAMAN, FTIR, TGA, saranno studiate le procedure di preparazione più idonee per la preparazione degli scaffolds. Infine, verranno condotti test preliminari di citotossicità e vitalità cellulare con osteoblasti.
Generalmente, l'aumento delle proprietà meccaniche di un materiale polimerico, nell'ambito del Tissue Engineering, si effettua impiegando un nanofiller come idrossiapatite, argilla o nanotubi di carbonio. Il massimo risultato si ottiene disperdendo omogeneamente il nanofiller nella matrice polimerica (dispersione su scala molecolare) che garantisce il massimo trasferimento di carico con il minimo caricamento di filler.
I nanotubi di carbonio, nanomateriali unidimensionali, sono considerati degli ottimi rinforzanti delle matrici polimeriche, hanno però lo svantaggio di essere costosi (preparazioni e purificazioni lunghe).
Il grafene e il grafene ossido, materiali a singolo layer, bidimensionali, risultano, invece, poco costosi e con ottime proprietà elettroniche e meccaniche. Tuttavia, le interazioni di van der Waals tra i diversi layers provocano aggregazioni del materiale riducendone la sospendibilità nel mezzo e quindi l'effetto rinforzante sul materiale polimerico.
Un legame chimico tra filler e matrice polimerica, al contrario di un semplice blending fisico, come riportato nella quasi totalità degli studi presenti in letteratura, può meglio garantire la dispersione a livello molecolare del nanofiller.
L'innovatività di questo lavoro di ricerca risiede proprio nella realizzazione di compositi Chitosano/GO ottenuti per legame covalente tra i due componenti (funzionalizzazione dei gruppi carbossilici del GO, con reagenti bifunzionali, e legame con i gruppi amminici del Chitosano, CS). Inoltre, poichè il CS risulta essere un materiale rigido ma fragile, l'introduzione già di piccole quantità di nanofiller potrebbe portare ad una maggiore plasticità e flessibilità del materiale polimerico, garantendo così una migliore risposta del composito alle sollecitazioni.
La potenzialità di realizzare un avanzamento delle conoscenze rispetto allo stato dell'arte risiede nella presenza nel gruppo di ricerca di competenze specifiche nel settore della sintesi (la proponente, Prof. Piozzi), della caratterizzazione chimico-fisica (Prof. Martinelli) ed in quella biologica (Dott. Scotto D'Abusco), che opportunamente sfruttate permetteranno di realizzare un materiale composito potenzialmente applicabile nel settore del bone tissue enginnering.