I poliesteri sono una classe di materiali polimerici largamente utilizzata per la preparazione di scaffold per l'accrescimento cellulare grazie alle loro ottime proprietà di biocompatibilità e biodegradabilità. Essi offrono buone proprietà meccaniche, sono facilmente processabili e i prodotti di degradazione non sono tossici. Tuttavia, a causa della loro natura idrofobica, necessitano modifiche superficiali che ne aumentino l'affinità con cellule e con substrati biologici.
Il progetto qui presentato propone una metodologia di modifica delle proprietà superficiali di scaffold di poliesteri, quali il poli(L-lattide) (PLLA) e il poli(3-idrossibutirrato) (PHB), a seguito di grafting con taurina, mediante reazione di amminolisi dei gruppi esterei dei materiali scelti. L'innesto di taurina permetterà di arricchire le superfici polimeriche con gruppi solfonici polari che renderanno possibile l'assorbimento di biomolecole come il collagene, definito il miglior substrato di accrescimento di condrociti e fibroblasti, e la 2-D-(+)-glucosammina, molecola che riveste un ruolo fondamentale nei meccanicismi di accrescimento della cartilagine ad opera dei condrociti. Gli scaffold verranno fabbricati per salt leaching method, caratterizzati prima e dopo la modifica superficiale ed infine sottoposti a prove di vitalità, adesione e proliferazione di colture singole di condrociti e fibroblasti.
Come accennato in precedenza, l¿adesione cellulare è un fattore fondamentale da considerare nella scelta di un materiale da impiegare nella produzione di scaffold per la rigenerazione tissutale. Il comportamento delle cellule seminate sarà profondamente influenzato dalle caratteristiche chimiche del substrato e dipenderà fortemente dalle interazioni che si stabiliranno con il supporto.[1] Data la natura idrofobica dei poliesteri di interesse per il progetto, quali il PLLA ed il PHB, lo sviluppo di metodologie chimiche atte ad aumentarne l¿idrofilicità rappresenta una questione scientifica ed applicativa di fondamentale importanza nell¿ottimizzazione e nella progettazione di supporti per la rigenerazione tissutale.
Nonostante le enormi potenzialità delle reazioni di amminolisi superficiale di poliesteri, al momento non esistono in letteratura procedure di grafting di taurina su PHB e su supporti tridimensionali di PLLA. La reazione, possibile grazie ad una reazione di amminolisi dei gruppi esterei da parte della taurina, verrà eseguita modificando e migliorando una procedura nata nel nostro laboratorio e messa a punto per ora solamente su film sottili di PLLA per l¿accrescimento di condrociti.[2] I risultati positivi ottenuti per tali sistemi, così come la versatilità della reazione, hanno incoraggiato l¿applicazione della reazione di amminolisi a supporti 3D fabbricati con differenti poliesteri e la valutazione della biocompatibilità non solo con condrociti, ma anche con fibroblasti.
Il vantaggio principale dell¿amminolisi con taurina risiede nell¿utilizzo di una ammina di origine naturale e non tossica, grazie alla quale sarà possibile arricchire la superficie dei due poliesteri di gruppi anionici -SO3 di cui, studi di letteratura ne hanno evidenziato le proprietà antitrombotiche e la capacità di aumentare l¿assorbimento di fibronectina e la proliferazione cellulare. [3]
I gruppi solfonici, a differenza delle funzioni carbossiliche liberate per idrolisi basica, mantengono la loro forma dissociata anche a pH molto bassi riuscendo così ad interagire direttamente per via elettrostatica con biomolecole di interesse, senza ricorrere a ulteriori reazioni di coupling generalmente necessarie per immobilizzare peptidi, proteine ed altre biomolecole. A tal proposito, gli scaffold amminolizzati saranno sottoposti ad adsorbimento di collagene e D-glucosammina: il primo è considerato il miglior substrato di accrescimento di condrociti e fibroblasti mentre la seconda rappresenta una delle molecole più abbondanti nella matrice extracellulare cartilaginea e sembrerebbe stimolare la produzione di cartilagine da parte dei condrociti.[4] Nonostante studi di letteratura abbiano dimostrato gli effetti positivi della D-glucosammina sui meccanismi di riproduzione e di accrescimento di condrociti, non sono ancora stai messi a punto scaffold di PLLA e PHB funzionalizzati con tale molecola. Il grafting della taurina su PLLA e PHB, assieme all¿assorbimento superficiale di collagene e D-glucosammina, rappresenta una modalità innovativa, versatile ed efficace di amminolisi di poliesteri da impiegare nel campo della rigenerazione di tessuti cartilaginei.
[1] Yang, J. et al. (2003). ¿Enhancing the cell affinity of macroporous poly (L¿lactide) cell scaffold by a convenient surface modification method¿ Polymer international, 52(12), 1892-1899
[2] Pellegrino, L. et al. (2017). ¿Taurine grafting and collagen adsorption on PLLA films improve human primary chondrocyte adhesion and growth¿ Colloids Surf. B Biointerfaces, 158, 643-649
[3] Nie, S. et al (2014) ¿Blood activation and compatibility on single-molecular-layer biointerfaces¿ Journal of Materials Chemistry B, 2(30), 4911-4921
[4] d¿Abusco, A. et al. (2010). ¿A peptidyl-glucosamine derivative affects IKKa kinase activity in human chondrocytes¿ Arthritis Research &Therapy, 12, 18-19