Progettazione e caratterizzazione di biomateriali innovativi caricati con principi attivi naturali per il trattamento di malattie della pelle

Abstract

Le ferite e le ustioni sono traumi fisici che possono influenzare profondamente la salute e il benessere di un individuo nel corso della vita. Il processo di guarigione viene supportato da trattamenti tradizionali come bendaggi e medicazioni. I limiti di questi possono essere superati grazie all’intervento di tecniche di ingegneria tissutale per apportare benefici nella compliance dei pazienti. L’elettrospinning è una tecnica che consente di produrre scaffold fibrosi di morfologia ed organizzazione simili alla matrice extracellulare, favorendo un'efficiente guarigione del tessuto. Nel corso di questo progetto di tesi multidisciplinare, condotto in collaborazione con i gruppi di ricerca Smart Materials e Translational Pharmacology dell’Istituto Italiano di Tecnologia, Genova, sono stati impiegati materiali di origine naturale come la zeina. In un primo momento, sono state investigate le composizioni delle soluzioni polimeriche da sottoporre all’elettrospinning. Successivamente, è stato ottimizzato un metodo per la fabbricazione di scaffold nanofibrosi a base proteica attraverso il processo di elettrospinning. Dopo la fase di produzione, i materiali sono stati ottimizzati in termini di proprietà morfologiche, superficiali e interazioni chimiche. Inoltre, i materiali sono stati caricati con una molecola antiossidante naturale, la rutina, per valutarne l’attività di scavenger contro i radicali liberi. Le fibre sono state sottoposte a un trattamento termico per causare un riarrangiamento proteico della zeina, modificandone il comportamento a contatto con l’acqua. I materiali sono stati inoltre testati su linee cellulari di cheratinociti umani HaCat per verificarne la biocompatibilità. Durante questo progetto, ho acquisito confidenza con la tecnica dell’elettrospinning verticale, tecniche spettroscopiche (UV-vis, FTIR), tecniche di microscopia (elettronica a scansione) e i software di analisi dei dati (Origin), elaborazione delle immagini (Inkskape, ImageJ).

Wounds and burns are physical trauma that can profoundly affect an individual’s health and well-being throughout life. The healing process is supported by traditional treatments such as bandages and dressings. The limits of these can be overcome thanks to the intervention of tissue engineering techniques to bring benefits in patient compliance. Electrospinning is a technique that allows to produce fibrous scaffolds of morphology and organization similar to the extracellular matrix, favoring an efficient healing of the tissue. During this multidisciplinary thesis project, conducted in collaboration with the research groups Smart Materials and Translational Pharmacology of the Italian Institute of Technology, Genoa, materials of natural origin such as zeina were used. At first, the compositions of the polymer solutions to be subjected to electrospinning were investigated. Subsequently, a method for manufacturing protein-based nanofibrosis scaffolds was optimized through the electrospinning process. After the production phase, the materials were optimized in terms of morphological, surface properties and chemical interactions. In addition, the materials were loaded with a natural antioxidant molecule, rutin, to evaluate its scavenger activity against free radicals. The fibers were heat treated to cause a protein rearrangement of the zein, changing its behavior in contact with water. The materials have also been tested on cellular lines of human HaCat keratinocytes to verify their biocompatibility. During this project, I became familiar with the techniques of vertical electrospinning, spectroscopic techniques (UV-vis, FTIR), microscopy techniques (scanning electronics) and data analysis software (Origin), image processing (Inkskape, Imagej).