Caratterizzazione mediante Micro-PIXE del potenziale pro-calcifico di membrane ibride per applicazioni biomediche

Over the last few years,scientific progress in the field of biomaterials and tissue engineering has focused on the design of bioactive and biomimetic systems capable of promoting tissue regeneration and integration processes. In this perspective, hybrid materials represent one of the most promising frontiers although, at present, their success in clinical applications is hindered by susceptibility to ectopic calcification. The present thesis work intends to evaluate the pro-calcific potential of a hybrid material, obtained by coupling a polycarbonate urethane and decellularized bovine pericardium. The experimental strategy involved carrying out a stress test by static immersion in saline solution for different times, and a subsequent advanced spectroscopic analysis using the Micro-PIXE technique, performed through a Single Ended Van de Graaff particle accelerator. The processing of the acquired data allowed the generation of high-resolution elemental distribution maps, highlighting, with a sensitivity on the order of parts per million (ppm), the localization and morphology of the saline precipitates deposited on the surface of the samples; subsequently, it was possible to translate these distributions into a preliminary quantitative characterization. The analysis conducted on the samples immersed in saline solution for increasing time windows highlighted clear structural discrepancies of the saline phases in relation to the type of matrix investigated. At the same time, a time-dependent correlation emerged in the quantity of saline deposits, whose trend nevertheless proved to be independent of the type of matrix studied. In light of these results, the effectiveness of Micro-PIXE as a tool for studying calcification traces a new perspective for the development of next-generation bioprosthetic devices, laying the foundations for the engineering of innovative biomaterials, oriented towards therapeutic personalization and the increase of their long-term clinical efficacy.

Negli ultimi anni, il progresso scientifico nell'ambito dei biomateriali e dell’ingegneria tissutale si è incentrato sulla progettazione di sistemi bioattivi e biomimetici capaci di favorire processi di rigenerazione e integrazione tissutale. In quest’ottica, i materiali ibridi rappresentano una delle frontiere più promettenti sebbene, allo stato attuale, il loro successo nelle applicazioni cliniche sia ostacolato dalla suscettibilità alla calcificazione ectopica. Il presente lavoro di tesi intende valutare il potenziale pro-calcifico di un materiale ibrido, ottenuto dall’accoppiamento di un policarbonato uretano e pericardio bovino decellularizzato. La strategia sperimentale ha previsto l'esecuzione di uno stress test per immersione statica in soluzione salina per tempi diversi, ed una successiva un'analisi spettroscopica avanzata mediante tecnica Micro-PIXE, eseguita attraverso un acceleratore di particelle Van de Graaff Single Ended. L’elaborazione dei dati acquisiti ha consentito di generare mappe di distribuzione elementale ad alta risoluzione, evidenziando, con una sensibilità dell’ordine delle parti per milione (ppm), la localizzazione e la morfologia dei precipitati salini depositati sulla superfice dei campioni; successivamente, è stato possibile tradurre tali distribuzioni in una caratterizzazione quantitativa preliminare. L'analisi condotta sui campioni immersi in soluzione salina per finestre temporali crescenti ha evidenziato nette discrepanze strutturali delle fasi saline in relazione alla tipologia di matrice indagata. Al contempo, è emersa una correlazione tempo-dipendente nella quantità di depositi salini, il cui andamento si è dimostrato tuttavia indipendente dalla tipologia di matrice studiata. Alla luce di questi risultati, l’efficacia della Micro-PIXE come strumento di studio della calcificazione traccia una nuova prospettiva per lo sviluppo di dispositivi bioprotesici di nuova generazione, ponendo le basi per l'ingegnerizzazione di biomateriali innovativi, orientati alla personalizzazione terapeutica e all’incremento della loro efficacia clinica a lungo termine.