Dipartimento di Meccanica
Gruppo di Bioingegneria Industriale
Proposta di Tesi di II livello
Sintesi di poliuretani biomimetici per la rigenerazione del
miocardio
Introduzione
L’infarto del miocardio comporta la formazione di un tessuto fibrotico cicatrizzato e un
danneggiamento permanente delle funzioni cardiache, in quanto il tessuto cardiaco non è in grado
di rigenerarsi. Attualmente l’ingegneria tissutale sembra essere una delle strategie più promettenti
per la rigenerazione del miocardio. Essa consiste nel seminare le cellule su o all’interno di uno
scaffold polimerico, che idealmente deve riprodurre la struttura spaziale ed avere proprietà
meccaniche simili al tessuto nativo (Fig. 1). Esso inoltre dovrebbe essere in grado di riassorbirsi
simultaneamente alla rigenerazione tissutale. I polimeri biodegradabili più usati in ambito
biomedico sono l’acido polilattico, l’acido poliglicolico e i loro copolimeri. Questi materiali risultano
però essere troppo rigidi e non possiedono quindi quelle proprietà elastiche tipiche del tessuto
cardiaco. I poliuretani sono polimeri elastomerici e le proprietà meccaniche e le velocità di
degradazione possono essere modulate selezionando opportunamente i monomeri con cui sono
sintetizzati. Inoltre essi possono essere opportunamente funzionalizzati con molecole bioattive al
fine di incrementarne la biocompatibilità. I poliuretani risultano quindi essere materiali interessanti
per applicazioni nella rigenerazione del miocardio.
Infarto del miocardio
Scaffold polimerico
Cardiomiociti
Fig 1. Lo scaffold polimerico è posto sulla parete danneggiata del ventricolo ed ha la duplice funzione di
rilasciare cardiomiociti sani e di ripristinare la corretta meccanica del muscolo cardiaco.
Scopo del Progetto
L'obiettivo del progetto consiste nello sviluppo di poliuretani biodegradabili con proprietà
biomimetiche, ossia analoghe a quelle della matrice extracellulare (ECM), quali ad esempio la
capacità di promuovere un'adesione cellulare biospecifica e di essere degradati e modellati per
attacco enzimatico. A tal fine peptidi bioattivi (siti di adesione o di degradazione enzimatica)
saranno introdotti nella catena polimerica oppure legati in maniera covalente alla superficie dei
polimeri prodotti (modifica o funzionalizzazione superficiale). Un ulteriore obbiettivo è quello di
comparare alcuni poliuretani commerciali e di sintesi dal punto di vista degradativo, in ambienti
che simulino quello fisiologico (ossidativo, enzimatico, etc.).
Descrizione del Progetto
La prima fase del lavoro di tesi prevede la sintesi di una serie di poliuretani biodegradabili e la loro
caratterizzazione chimico-fisica attraverso tecniche spettroscopiche e calorimetriche. I polimeri, in
forma di film, saranno poi testati dal punto di vista meccanico, prevalentemente mediante analisi
tensili. Nel caso della modifica superficiale, i film polimerici saranno sottoposti a trattamenti al
plasma, mediante i quali sarà possibile legare peptidi bioattivi prescelti o, in alternativa, fibronectina
e laminina, proteine extracellulari responsabili dell’ancoraggio delle cellule alla matrice.
Successivamente i poliuretani prodotti saranno sottoposti a test di degradazione idrolitica ed
enzimatica e a test biologici di adesione cellulare sia in forma di film sia in forma di microstrutture
opportunamente disegnate (Fig. 2), al fine di valutare l’influenza di alcuni parametri, quali la
porosità, nei processi di degradazione e di adesione.
Fig 2. Esempio di microstruttura polimerica ottenibile con tecniche di microfabbricazione.
Applicazioni
I poliuretani costituiscono una classe di materiali molto versatile e promettente con cui è possibile
combinare la biocompatibilità e la biodegradabilità dei materiali naturali e le elevate prestazioni
meccaniche tipiche dei materiali polimerici di sintesi. La possibilità di funzionalizzare questi
materiali con specifiche sequenze peptidiche permette inoltre di ottenere materiali biomimetici in
grado di guidare i processi di adesione e proliferazione cellulare e di poter utilizzare tali materiali
per la produzione di scaffolds altamente efficienti nella rigenerazione di diversi tessuti, in
particolare di quello cardiaco.
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Requisiti:
- Interesse all’argomento
Disponibilità a svolgere la tesi prevalentemente nella sede di Alessandria
Per informazioni, contattare:
Prof. Gianluca Ciardelli ([email protected]) - +39 011564 6919
Susanna Sartori ([email protected]) - +39 0131 229333
Antonella Silvestri ([email protected]) - +39 0131 229335
