Preparazione e caratterizzazione di scaffold biocompositi per l'ingegneria tissutale dell'osso

Questa tesi sperimentale si focalizza sulla formulazione e fabbricazione di nuovi biomateriali compositi per applicazioni di ingegneria tissutale ossea, i cui elementi chiave sono gli scaffolds porosi 3D, architetture indispensabili per garantire il corretto e necessario supporto strutturale e biologico durante la crescita e la maturazione di nuovo osso. Il poliidrossibutirrato (PHB) è stato scelto come matrice biopolimerica di origine naturale, opportunamente formulata aggiungendo un plasticizzante biobased e biocompatibile, derivante dalla reazione tra acido levulinico (LA) e glicerolo (GLY), e tre diversi quantitativi di un innovativo vetro fosfato bioattivo contenente stronzio e magnesio, entrambi ottenuti con sintesi chimica. La fabbricazione degli scaffolds è avvenuta mediante il processo Fused Deposition Modeling (FDM), una tecnologia di stampa 3D che permette di ottenere soluzioni ad hoc per ogni paziente per sostituire anatomicamente i difetti ossei non colmabili con le protesi standard. Lo studio morfologico condotto sugli scaffolds ha evidenziato sia l’esattezza delle dimensioni dei pori, progettati per facilitare la colonizzazione cellulare, sia l’ottima qualità di deposizione dei filamenti negli strati. Inoltre, la presenza del biovetro, non modificando le proprietà termiche e la cristallinità del materiale, non ha compromesso la già difficoltosa processabilità del PHB. I test di compressione hanno evidenziato che la diversità composizionale dei batch di materiale non riesce né a svolgere un ruolo nella resistenza sotto carico, né ad entrare in gioco prima che il componente arrivi a rottura, non modificando i risultati di rigidezza e forza massima raggiunta. Questi parametri dipendono dalla struttura degli scaffolds, ovvero dalle modalità, mantenute invariate, con cui essi sono stati stampati. Solo l’energia assorbita a rottura viene influenzata negativamente dall’aumento della quantità di vetro, aspetto che rende il composito sempre meno deformabile.