Negli ultimi anni la ricerca si è sempre più focalizzata sullo sviluppo di nuovi materiali per applicazioni biomediche, vista la necessità sempre maggiore di nuovi dispositivi medici che possano rispondere alla notevole richiesta di questo importante settore della società. Tra i materiali utilizzati in questo ambito, i biopolimeri ricoprono un ruolo di rilievo, in quanto presentano elevata attività biologica, promuovono l'adesione e la crescita cellulare, e sono biodegradabili. Tuttavia, la bassa resistenza meccanica e l'alta velocità di degradazione, rendono spesso necessaria una modulazione delle loro proprietà, attraverso reticolazione e/o utilizzo di filler rinforzanti. In questo lavoro di ricerca, sarà utilizzato il chitosano (CS) come matrice polimerica per produrre dei dispositivi tridimensionali porosi (scaffold) con possibili applicazioni nella rigenerazione ossea dentale, in quanto tale materiale sembra supportare bene l'adesione e la proliferazione degli osteoblasti. Per far fronte alla sua scarsa resistenza meccanica e alla sua instabilità dimensionale in ambiente acquoso, il CS sarà reticolato con Poli(Etilen Glicol) Diglicidil Etere (PEGDE) e con Tripolifosfato pentasodico (TPP) al fine di valutare le differenze, derivanti dall'utilizzo di un cross-linker polimerico come il PEGDE e di un anione multivalente inorganico come il TPP, sulle proprietà finali degli scaffold. Inoltre, i sistemi saranno additivati con due diversi filler, l'idrossiapatite (HA) e il grafene ossido (GO), rispettivamente per favorire l'osteinduttività e le proprietà meccaniche dei preparati. I campioni ottenuti saranno caratterizzati mediante spettroscopia FT-IR, analisi termogravimetrica (TGA), microscopia elettronica, misure di porosità indiretta, di rigonfiamento e di analisi meccanica. Verrà valutata, infine, la vitalità cellulare di osteoblasti messi a contatto con i sistemi ottenuti.
Nel campo della parodontologia e della chirurgia orale, le strategie di medicina rigenerativa sono già entrate a far parte della pratica clinica quotidiana. In commercio sono disponibili diversi prodotti per la rigenerazione del parodonto e dell'osso. Più recenti sono, invece, i progressi effettuati dal Tissue Engineering in questo ambito, nello specifico per la rigenerazione della polpa dentale e della dentina. Come detto in precedenza, l'utilizzo di biomateriali innovativi per la realizzazione di costrutti 3D che possano essere prodotti in maniera tale da adattarsi alla forma del difetto e mimare il comportamento del tessuto da riformare si dimostra cruciale per ottimizzare le attuali strategie di medicina rigenerativa nell'ambito ortopedico e dentale. La componente chiave dell'ingegneria tessutale ossea è rappresentata da scaffold polimerici, usati come template, che permettono l'interazione con le cellule e la formazione della matrice extracellulare dell'osso, provvedendo al contempo a fornire un supporto per il nuovo tessuto in via di formazione. Il chitosano è un materiale naturale e biodegradabile che ha attirato considerevoli attenzioni nel settore medico anche come materiale per la produzione di scaffold per la rigenerazione ossea. Infatti, grazie alla sua struttura simile ai glicosamminoglicani presenti nell'osso, esso supporta l'adesione e la proliferazione degli osteoblasti come anche la formazione di nuovo tessuto osseo. Tuttavia, a fronte di queste buone proprietà tale polimero presenta una scarsa resistenza meccanica e una notevole instabilità in ambiente acquoso, che porta il materiale a sfaldarsi.
Generalmente, l'aumento delle proprietà meccaniche di un materiale polimerico, nell'ambito del Tissue engineering, si effettua inserendo nella matrice polimerica un filler organico o inorganico (idrossiapatite, argilla, nanotubi di carbonio ecc..). La criticità di questa metodologia risiede nella scarsa dispersione omogenea del filler quando questo è inserito in quantità discreta (probabili fenomeni di aggregazione del materiale che riducono l'effetto rinforzante).
In qualche caso il miglioramento delle proprietà meccaniche del chitosano è stato ottenuto mediante interazione con altro materiale polimerico (alginato di sodio) successivamente fissato per trattamento con CaCl2. In questo caso, lo scaffold risultava piuttosto rigido e fragile e quindi non utilizzabile per scopi in cui la struttura tridimensionale deve adattarsi al sito di impianto.
L'innovatività di questo lavoro di ricerca risiede proprio nell'approccio chimico di parziale reticolazione del chitosano con un agente polimerico flessibile quale Poli(Etilen Glicol) Diglicidil Etere (PEGDE) e nella modulazione della reazione di reticolazione, effettuata in soluzione, in modo da produrre scaffold meno fragili ed elastici adattabili alla forma del difetto osseo.
Inoltre, per favorire la ricrescita cellulare e l'osteoinduttività del materiale finale verranno introdotti piccoli quantitativi di grafene ossido e/o idrossiapatite.
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 (la proponente Prof. Piozzi), della caratterizzazione chimico-fisica (Prof. Martinelli) e dei biomateriali (Dott. Francolini) che opportunamente sfruttate permetteranno di realizzare materiali tridimensionali potenzialmente applicabili nel settore del Bone Tissue Engineering.