Studio dei Processi di Formazione della Struttura e della Degradazione di Scaffold Polimerici Biocompatibili e Bioassorbibili

Progetto: Research project

Dettagli progetto

Description

macroscopica e microscopica e nella degradazione di scaffold basati su materiali polimerici biocompatibili e bioassorbibili ai fini del controllo del processo di produzione e del comportamento biodegradativo di schiume bioassorbibili da utilizzare per la rigenerazione di tessuti molli (derma, organi). Per la formazione della struttura si focalizzerà l’attenzione sui processi di: separazione di fase e svuotamento di gel di polimeri bioassorbibili con solventi, mentre per la biodegradazione si focalizzerà l’attenzione sull’effetto delle radiazioni ionizzanti sia sulla chimica di superficie, al fine di promuovere l'adesione e la proliferazione cellulare, sia sulla biodegradazione controllata degli scaffolds.
Sono previsti studi di modellazione dei processi coinvolti e studi sperimentali, con sviluppo di apparecchiature di misura innovative, sulle cinetiche di separazione di fase delle soluzioni polimeriche e sulla formazione di schiume per eliminazione del solvente in un gel polimerico. Il controllo e la caratterizzazione delle schiume farà uso di tecniche come:
a) determinazione della distribuzione di dimensioni dei pori mediante porosimetria a flusso capillare;
b) misure di interconnessione della porosità mediante confronto fra misure di permeabilità sia liquida che gassosa con la distribuzione di dimensioni dei pori;
c) misure di perdita in peso e di altri parametri correlati alla biodegradazione durante l’esposizione sia ad ambienti adattia alla crescita cellulare che ad ambienti che simulano quello di uno scaffold impiantato;
d) misure diffrattometriche e calorimetriche sugli scaffold sia vergini che degradati;
e) determinazione delle curva degli equilibri di fase (binodale e spinodale) mediante misure di torbidità, che consentono di distinguere fra il meccanismo di decomposizione spinodale (estremamente rapido) e quello di nucleazione e crescita (generalmente molto lento);
f) determinazione della risposta meccanica (dipendenza del modulo elastico dalla temperatura) mediante DMTA.
L’obiettivo è quello di approfondire la conoscenza delle interrelazioni di base fra le condizioni operative adottate nel processo di produzione del materiale polimerico bioassorbibile e la struttura risultante, attraverso una comprensione dei meccanismi responsabili dell’evoluzione della morfologia. In tal modo sarà possibile variare le condizioni di processo per ottimizzare la struttura della schiuma polimerica, in modo che essa risulti caratterizzata da: buone proprietà meccaniche, una porosità ed una dimensione media dei pori in grado di favorire la migrazione cellulare e una biodegradabilità adeguata alla funzionalità biomedicale.

Layman's description

Oiettivi:
- modellare e validare sperimentalmente le interrelazioni fra le condizioni operative del processo di produzione del materiale polimerico bioassorbibile per separazione di fase e la struttura risultante, attraverso una comprensione dei meccanismi di base responsabili dell’evoluzione della morfologia.
- monitorare e controllare la biodegradazione, in condizioni di impiego, del materiale sia vergine che esposto a radiazioni ionizzanti, nel tempo.
Obiettivi correlati e di più lungo termine sono:
- l’ottimizzazione e/o finalizzazione della struttura della schiuma polimerica, attraverso la variazione delle condizioni di processo (concentrazione del polimero, composizione solvente/non-solvente, storia termica)
- il controllo della porosità e della dimensione media dei pori al fine di favorire la migrazione e la crescita cellulare
- il controllo delle proprietà meccaniche
- l’adattamento della degradazione alle diverse necessità, in ordine di proprietà e di tempo, degli impianti.

Metodi:
Si intende procedere allo sviluppo delle conoscenze necessarie al controllo e alla gestione dei parametri che determinano le caratteristiche strutturali di biomateriali ottenuti in forma di schiume a partire da soluzioni di polimero. Si procederà dunque alle seguenti attività:
- determinazione delle curve degli equilibri di fase (binodale e spinodale) sfruttando sia i modelli di comportamento termodinamico più avanzati disponibili sia misure di torbidità on-line al fine di progettare lo “scaffold” in maniera precisa e dettagliata. Si pensa di sfruttare la maggiore velocità della decomposizione spinodale rispetto al processo di nucleazione e accrescimento (binodale) per cui il “monitoraggio” della torbidità a basse velocità di raffreddamento dovrebbe fornire misure prossime all’equilibrio mentre esperimenti a velocità di raffreddamento più alte, adeguatamente modellati, possono fornire misure della cinetica dei processi di nucleazione e accrescimento;
- controllo della storia termica del processo ed in particolare dei tempi di permanenza all’interno delle zone metastabile e instabile che regolano la porosità e l’interconnessione;
- messa a punto di una procedura “base” di preparazione del biomateriale, sulla scorta delle informazioni ottenute, e produzione di schiume diversificate con proprietà strutturali di interesse per le applicazioni;
- misure di flusso capillare (bagnato) per determinare la distribuzione di dimensione dei pori delle schiume prodotte;
- misure di permeabilità per stimare il grado di interconnessione dei pori delle schiume prodotte;
- microscopia a scansione elettronica SEM per il controllo della forma ed interconnessione dei pori;
- misure dinamico-meccaniche (DMTA) delle proprietà meccaniche di “bulk” (curve tempo-temperatura e comportamento visco-elastico). E’ in ogni caso essenziale la stima del modulo di Young e della resistenza delle pareti dei pori in condizioni operative;
- misure di “swelling”, cioè di rigonfiamento della schiuma in seguito all’immersione in fluido biologico al fine di verificare se è possibile o meno l’intrusione delle cellule all’interno della schiuma stessa;
- caratterizzazione morfologica consistente nell’individuazione delle fasi che costituiscono il materiale, sia in termini di tipologia (fase amorfa, cristallina, liquido-cristallina) che nell’ammontare relativo;
- esposizione degli scaffold a dosi diversificate di radiazioni ionizzanti per modificarne le proprietà (meccaniche, biologiche, chimiche etc.) sia a tempi brevi (crescita cellulare in vitro) che a tempi lunghi (biodegradazione dello scaffold impiantato);
- esposizione degli scaffold sia ad ambienti di crescita cellulare in vitro che ad ambienti simili a quelli operativi finali (bioreattore e/o impianto in vivo) e determinazione sia di parametri di degradazione diretta (perdita in peso etc.) che indiretta (pH d
StatoAttivo
Data di inizio/fine effettiva1/1/07 → …

Fingerprint

Esplora i temi di ricerca toccati da questo progetto. Queste etichette sono generate sulla base dei riconoscimenti/sovvenzioni sottostanti. Insieme formano una fingerprint unica.