Sviluppo e caratterizzazione di scaffold elettroconduttivi stampati in 3D per applicazioni di lesioni del midollo spinale

Abstract

Negli ultimi anni, in tutto il mondo, c'è stato un aumento delle lesioni del midollo spinale (LM) a causa di incidenti traumatici. Nel peggiore dei casi, i pazienti possono perdere il controllo sensomotorio di una parte del corpo, e questo compromette il loro stile di vita. L'obiettivo della Tissue Engineering (TE) è quello di recuperare queste funzioni perdute mediante una riconnessione artificiale di assoni. Il risultato può essere raggiunto con una corretta combinazione di diversi biomateriali per creare uno scaffold. In questo studio, vengono sviluppati e caratterizzati prototipi di scaffold stampati in 3D. Essi sono creati a partire da un supporto inerte di materiale polimerico, HEMA, e diverse concentrazioni di nanoparticelle. I tipi di nanoparticelle utilizzate sono il poli(3,4-etilene-diossitiofene) (PEDOT) e il polipirrolo (PPy); si stima che forniscano il supporto polimerico con caratteristiche di conducibilità e resistenza meccanica che creano un possibile ambiente per i problemi precedentemente descritti. La strumentazione utilizzata per stampare il campione è la stampante Anycubic Photon S, basata sulla tecnologia stereolitografia (SLA). La reticolazione degli idrogel è stata creata con esposizione alla luce UV. La prima parte di questo studio è incentrata sulla determinazione di quali siano i migliori parametri di stampa che consentono di ottenere il maggior numero di campioni diversi. Successivamente, è stata eseguita una caratterizzazione completa del materiale tramite spettroscopica infrarossa a trasformata di Fourier (FTIR), test di rigonfiamento, test di compressione, test di elettroconduttività, analisi SEM e test reologici. Il passo finale è confrontare i risultati ottenuti dai test per evidenziare se ci sono differenze tra i diversi campioni creati, in termini di tipo di nanoparticelle o in termini di concentrazione di nanoparticelle.

In the recent years, around the world, there has been an increase in spinal cord injuries (SCI) due to traumatic incidents. In the worst case, the patients may lose sensorimotor control of a part of the body, and this compromises their lifestyle. The aim of the Tissue Engineering (TE) is to recover these lost functions by an artificial reconnection of axons. The result can be achieved with a correct combination of different biomaterials to create a scaffold. In this study, 3D printed scaffold prototypes are developed and characterized, they are based on an inert support of polymeric material, HEMA, and different concentration of nanoparticles. The types of used nanoparticles are the poly(3,4-ethylene-dioxythiophene) nanoparticles (PEDOT) and polypyrrole (PPy) nanoparticles; it is estimated they provide the polymeric support with conductivity and mechanical strength characteristics that create a possible environment for the problems previously described. The instrumentation used to print the sample is the Anycubic Photon S, an LCD-based Stereolithography (SLA) 3D printer. The crosslinking of the hydrogels was created with exposure to the UV light. The first part of this study is focused on determining which are the best printing parameters that allow to obtain the greatest number of different samples. After that, a complete characterisation of the material was performed through Fourier transform infrared spectroscopic (FTIR), swelling test, compression test, electroconductivity test, SEM analysis and rheological test. The final step is to compare the results obtained from the tests to highlight if there are differences between the different samples created, in terms of the nanoparticles type or in terms of nanoparticles concentration.