Progettazione, preparazione e caratterizzazione strutturale e biologica di supporti polimerici tridimensionali per applicazioni di ingegneria tissutale

I polimeri sintetici esibiscono proprietà chimico-fisiche e di degradazione prevedibili e riproducibili, che possono essere modificate per far fronte alle richieste specifiche delle differenti applicazioni; inoltre, essi sono facili da processare in dimensioni e forme desiderate. I possibili rischi come tossicità, immunogenicità e infezioni sono ridotti per i polimeri sintetici puri, data la loro struttura semplice e ben nota.
Tuttavia, mancano spesso di proprietà bioattive, proprie dei materiali naturali, che possano indurre risposte cellulari desiderate.
I principali polimeri sintetici utilizzati per la preparazione di scaffolds per l’ingegneria tissutale dell’osso sono riportati in Figura 1.5 e brevemente descritti di seguito:

- Poliesteri alifatici saturi a catena corta: i poli(α-idrossiacidi) sono polimeri sintetici biodegradabili, ampiamente studiati per la preparazione di scaffolds tridimensionali per l’ingegneria tissutale di osso e cartilagine; essi includono il poli(acido glicolico) (PGA), poli(acido lattico) (PLA) e il copolimero poli(acido lattico-co-glicolico) (PLGA). Tutti questi polimeri sono stati approvati dalla FDA (Food and Drug Administration) per applicazioni biomediche come suture, medicazioni e stent. La loro degradazione procede attraverso un’idrolisi casuale e in bulk dei legami esterei delle catene con conseguente possibile rottura prematura dello scaffold; in aggiunta, il rilascio di prodotti di degradazione acidi può causare forti risposte infiammatorie. Infine, uno dei maggiori problemi dei poli(α-idrossiacidi) è la loro idrofobicità, che può essere svantaggiosa nelle applicazioni di rigenerazione dei tessuti a causa della poca bagnabilità e mancanza di adesione e interazione cellulare.

- Poli(ε-caprolattone) (PCL): questo è un poliestere lineare alifatico semicristallino e idrofobo con cinetiche di degradazione molto lente (ordine di anni). Pertanto è indicato come materiale base per lo sviluppo d’impianti a lungo termine. Insieme ai poli(α-idrossiacidi), è uno dei polimeri sintetici più ampiamente studiati ed è stato approvato dalla FDA in vari dispositivi per applicazioni mediche. I polimeri basati sul PCL hanno mostrato buone interazioni con gli osteoblasti e gli scaffolds da essi costituiti sono capaci di promuovere la crescita degli osteoblasti e il mantenimento del loro fenotipo.

- Poli-uretani (PUR) biodegradabili: data la loro varietà di pesi molecolari e rapporto dei segmenti che costituiscono la loro struttura molecolare, presentano un ampio range di proprietà meccaniche, biologiche e fisiche, e in generale possiedono maggiore elasticità rispetto ai convenzionali polimeri biodegradabili.

- Poli(propilene fumarato) (PPF): poliestere lineare costituito da unità ripetenti contenenti un doppio legame insaturo in configurazione trans spesso impiegato per una reticolazione covalente in presenza di diversi agenti quali N-vinil pirrolidone o metil metacrilato. Il PPF è degradato, attraverso l’idrolisi dei legami esterei, in glicol propilenico e acido fumarico, entrambi composti facilmente rimossi dal corpo. Le proprietà meccaniche e il tasso di degradazione possono essere controllati variando il peso molecolare o il contenuto dei reticolanti. Poiché il PPF è liquido prima di essere reticolato, può essere facilmente convertito in impianti dalla forma personalizzata ed è stato visto che il PPF reticolato supporta la formazione di osso in vitro e in vivo.