Progettazione e caratterizzazione di scaffold vascolari: Un approccio duale con nanoparticelle di ossido di ferro per la diagnostica e con coating a base di gelatina per applicazioni terapeutiche

Abstract

Le malattie cardiovascolari rappresentano una delle principali cause di morbilità e mortalità a livello mondiale, rendendo necessarie soluzioni innovative per migliorare la diagnosi, il trattamento e la gestione di tali condizioni. Il presente lavoro di tesi è incentrato sulla produzione e funzionalizzazione di scaffold vascolari per il trattamento delle suddette patologie. La fase iniziale del corrente lavoro ha avuto come obiettivo la produzione tramite elettrofilatura di scaffolds vascolari costituiti da una miscela polimerica di PCL e PGS, con aggiunta di quercetina al fine di modulare la risposta infiammatoria. Le protesi così prodotte sono state rivestite con un coating di gelatina, tramite un convenzionale metodo ad immersione, al fine di diminuire la porosità e migliorare la biocompatibilità. Per validare le protesi prodotte, sono state condotte analisi di compatibilità cellulare e emocompatibilità. Come fase successiva dello studio, l'attenzione è stata posta sull' ottenimento di un metodo di coating degli scaffolds che garantisse uniformità e standardizzazione del processo. È stato quindi implementato sugli scaffolds un innovativo coating layer-by-layer con strati alternati di gelatina e acido tannico, un polifenolo con proprietà antiossidanti. Il metodo implementato ha permesso di ottenere un controllo preciso sulla quantità di gelatina depositata come coating sugli scaffolds, permettendo di standardizzare il processo. Sono state condotte analisi di rilascio dei componenti dagli scaffolds sia in condizioni statiche sia in condizioni dinamiche, grazie all'impiego di un bioreattore che simula le condizioni di flusso e di pressione dell'apparato cardiovascolare. Come fase finale del presente lavoro di tesi, si è focalizzata l'attenzione sull' ambito diagnostico. Specificatamente, sono state aggiunte con successo nanoparticelle di ossido di ferro (IONPs) all'interno degli scaffolds elettrofilati, che hanno permesso la visualizzazione del graft tramite MRI

Cardiovascular diseases represent a leading cause of morbidity and mortality worldwide, necessitating innovative solutions to improve the diagnosis, treatment, and management of these conditions. This thesis focuses on the design, fabrication, and functionalization of vascular scaffolds to address critical challenges in cardiovascular applications. The initial phase of this work focused on the production of vascular scaffolds through electrospinning technique, utilizing a polymeric blend of polycaprolactone (PCL) and poly(glycerol sebacate) (PGS) with the addition of quercetin to modulate inflammatory responses. The resulting prostheses were coated with gelatin using a conventional dip-coating method to reduce porosity and enhance biocompatibility. Chemical, thermal, and morphological characterizations of the scaffolds were performed to highlight their intrinsic properties. To validate the produced prostheses, cell compatibility and hemocompatibility tests were conducted. In the subsequent phase, the focus shifted to developing a coating method that ensures uniformity and standardization of the process. An innovative layer-by-layer (LbL) coating technique was implemented, employing alternating layers of gelatin and tannic acid, a polyphenol with antioxidant properties. This method allowed for precise control over the amount of coating deposited on the scaffolds, thereby standardizing the process. In addition to chemical, thermal, and morphological characterizations, release studies were conducted on the LbL-coated scaffolds. These studies were carried out under both static and dynamic conditions using a bioreactor that simulates the flow and pressure conditions of the cardiovascular system. The final phase of this thesis focused on diagnostic applications. Specifically, Iron Oxide nanoparticles (IONPs) were successfully incorporated into the electrospun scaffolds. The addition of IONPs enabled the visualization of the scaffolds using Magnetic Ressonance Imaging.