Progettazione e sviluppo di functionally graded scaffold a base di k-carragenano per il trattamento delle ferite cutanee. Ottimizzazione del processo di liofilizzazione

Le ferite cutanee croniche sono oggigiorno la principale causa di morbilità nel mondo e i relativi costi sanitari ammontano a miliardi di dollari, costituendo un problema per la sanità pubblica. Negli ultimi anni, la medicina rigenerativa ha mostrato un certo interesse per i cosiddetti Functionally Graded Scaffold (FGS), ossia sistemi polimerici caratterizzati da un’architettura in cui le proprietà chimico-fisiche (e.g. composizione, porosità, dimensioni dei pori e profilo idro-lipofilico) e/o meccaniche cambiano gradualmente seguendo una precisa direzione nello spazio. I FGS sono progettati in modo da mimare la struttura a gradiente di alcuni tessuti dell’organismo, tra cui la cute, in modo da promuovere un più rapido ed efficace processo di guarigione delle ferite croniche. Nel presente progetto di tesi, sono stati preparati gel fisici a base di k-carragenano (kCG), reticolati con CaCl2, arginina (Arg) e proteine del latte (WP), per la produzione di matrici porose; questi gel sono stati utilizzati per ottenere un FGS multistrato mediante un unico ciclo di liofilizzazione. Nella prima fase, la caratterizzazione reologica dei gel è stata utile per scegliere le concentrazioni ottimali del componente principale, il kCG, e degli agenti reticolanti. L’ottimizzazione del processo di liofilizzazione ha portato alla formazione di matrici porose a partire dai gel fisici ottenuti, caratterizzate da buone proprietà meccaniche. La disposizione dei tre strati, all’interno del FGS, è stata determinata valutandone la morfologia, la porosità % e la dimensione dei pori, le proprietà meccaniche e di water uptake, la viscoelasticità post idratazione, il potenziale bioadesivo e la velocità di biodegradazione. h-kCG05 è stato scelto come strato inferiore del FGS, da porre a diretto contatto con il letto della ferita. La matrice h-kCG_WP5 è stata scelta per mimare lo strato più superficiale della cute. Infine, h-kCG05_Arg05 è stato selezionato come strato centrale del FGS, a mimare gli strati più profondi dell’epidermide. Durante la terza parte del lavoro, è stato sviluppato un FGS a tre strati, sfruttando un unico ciclo di liofilizzazione. Si è così ottenuto uno scaffold multistrato con un gradiente di dimensione dei pori crescente, dal basso verso l’alto, simulante la cute nativa. L’idrofobicità dello strato corneo è stata ottenuta funzionalizzando la superficie esterna della matrice del FGS con una soluzione etanolica di AO 50 mM. Infine, nell’ultima fase del lavoro, studi in vitro, condotti utilizzando una linea di fibroblasti del derma umano, hanno dimostrato l’ottima biocompatibilità e la capacità di fungere da supporto per la crescita cellulare di tutte le matrici ottenute.