OTTIMIZZAZIONE DI UN TESSUTO ELETTROFILATO INGEGNERIZZATO A MEMORIA DI FORMA PER IL TRATTAMENTO DELLA SPINA BIFIDA

Neural tube defects (NTDs), even if classified as rare disease represent the second most common cause of congenital malformation in children . Currently, the only clinical treatment used to effectively treat NTDs, is pre-natal surgery in utero, a complicated and invasive procedure with many risks associated with it, both for the mother and the foetus. This study starts from a patented shape memory engineered tissue (SMET) developed to improve NTDs repair in fetus through a minimally invasive surgery. In this work, further experiments were carried out to continue the optimisation and characterisation of electrospun tissue based on poly-L-lactide-poly-ε-caprolactone copolymer (PLA: PCL 70:30 ratio). Electrospun scaffolds were prepared in various geometries (rectangular and circular) and dimensions (1 x 2.5 cm, 2 x 3 cm , 3 x 4 cm, diameter = 1 cm, diameter =2cm) to) to evaluate their response when subjected to the shape memory treatment (SMT) in PBS (pH 7.4). Shape memory parameters evaluated were: Rf% (ability of the scaffold to maintain the induced transient rolled shape) and Rr% (ability of the scaffold to return to the original shape). SMETs with different geometries were engineered with human normal dermal fibroblasts (HNDF) and subjected to SMT. Biological characterization, including cell viability % (MTT) determination and microscope analysis for DAPI staining, was performed. In order to evaluate SMET strength and handling, an in vitro experiment was set up to simulate scaffold unfolding and suturing in vivo. A silicon skin graft maintained at physiologic body temperature (37°C) was used in combination with mini-surgery instruments . The handling of SMET and its resistance during suturing were evaluated using a Likert scale by subjecting medical students from University of Pavia to the practical test. Preliminary results showed that shape memory parameters (Rf% and Rr%) are not significantly influenced by the area and geometry of the scaffolds used; the SMT optimized in the patent (10 min in PBS 40°C and subsequent 10min in PBS 4°C) gave suitable results with all geometries tested. Biological characterization confirmed good cell adhesion and viability after SMT. During the in vitro suture tests SMET demonstrated good handling even with surgical instruments, excellent unfolding when immersed at 37°C and suitable resistance during the synthetic skin suture phase.

I difetti del tubo neurale (NTDs), anche se classificati come malattie rare, rappresentano la seconda causa più comune di malformazione congenita nei bambini. Attualmente, l’unico approccio clinico utilizzato per trattare efficacemente i difetti del tubo neurale, è la chirurgia prenatale in utero, una procedura complicata e invasiva a cui sono associati molti rischi, sia per la madre che per il feto. Questo studio parte da un brevetto per l’ottenimento di un tessuto ingegnerizzato a memoria di forma (SMET) sviluppato per migliorare la riparazione dei difetti del tubo neurale nel feto, attraverso la chirurgia mininvasiva. In questo lavoro di tesi, sono stati condotti ulteriori esperimenti per procedere con l'ottimizzazione e la caratterizzazione del tessuto elettrofilato a base del copolimero poli-lattide-poli-ε-caprolattone (PLA: PCL, in rapporto 70:30). I tessuti elettrofilati sono stati preparati in diverse geometrie (rettangolari e circolari) e dimensioni (1 x 2.5 cm, 2 x 3 cm, 3 x 4 cm, diametro = 1 cm, diametro = 2 cm) per valutarne la risposta quando sono sottoposti al trattamento a memoria di forma (SMT) in PBS (pH 7,4). I parametri di memoria di forma valutati sono stati: Rf% (capacità dello scaffold di mantenere la forma transitoria indotta) e Rr% (capacità dello scaffold di tornare alla forma originale). Gli SMET con diverse geometrie sono stati ingegnerizzati con fibroblasti dermici umani (HNDF) e sottoposti a SMT. È stata quindi eseguita la caratterizzazione biologica, che include la determinazione della vitalità cellulare % (MTT) e l'analisi al microscopio per la colorazione DAPI. Per valutare la resistenza e la facilità di impiego di SMET, è stato realizzato un esperimento in vitro, per simulare l’apertura e la sutura del tessuto in vivo. È stato utilizzato un innesto di pelle di silicone, mantenuto alla temperatura corporea fisiologica (37°C), in combinazione con strumenti di mini-chirurgia. La manipolazione di SMET e la sua resistenza durante la sutura sono state valutate utilizzando una scala Likert, sottoponendo studenti di medicina dell’Università degli studi di Pavia alla prova pratica. I risultati preliminari ottenuti hanno mostrato che i parametri di memoria di forma (Rf% e Rr%) non sono significativamente influenzati dall'area e dalla geometria degli scaffold utilizzati; lo SMT ottimizzato nel brevetto (10 min in PBS 40°C e successivi 10min in PBS 4°C) ha dato risultati adeguati con tutte le geometrie testate. La caratterizzazione biologica ha confermato una buona adesione e vitalità cellulare dopo la SMT. Durante i test di sutura in vitro, SMET ha dimostrato una buona maneggevolezza anche con gli strumenti chirurgici, un eccellente dispiegamento quando immerso a 37°C e un'adeguata resistenza durante la fase di sutura alla pelle sintetica.