Studio di scaffold bioceramici innovativi a base ossinitrurica

Silicate bioceramics represent a well-established class of biomaterials, in the form of highly porous components, for bone regeneration applications, owing to their biocompatibility, bioactivity, and biodegradability. However, their clinical application requires materials with mechanical strength not lower than that of bone tissue, as well as experimental verification of their response when placed in contact with the physiological environment. In this work, the production of glass and/or semi-crystalline scaffolds based on Ca–Si–O–N compositions is proposed. These scaffolds are derived from the printing of modified preceramic polymers (silicone- and silazane-based), which are thermally converted into highly porous ceramic materials (>85%) with high mechanical strength, thanks to the formation of Si–N bonds in addition to Si–O bonds. In parallel, an in vitro biological validation will be carried out to characterize the cellular response to the produced scaffolds. Through ion release studies (pH analysis in physiological or aqueous solution), cell culture tests, cell viability assessments, and observations of cell morphology on the scaffold surfaces, an initial evaluation of the suitability and potential bioengineering applications of the produced scaffolds will be obtained, taking advantage of their affinity with modern silicon nitride (Si₃N₄)-based bioceramics, which are known for the release of ammonia (an antibacterial agent) and ammonium ions (a cellular nutrient) under physiological conditions.

I bioceramici silicatici rappresentano una classe consolidata di biomateriali, in forma di componenti ad alta porosità, per gli interventi di rigenerazione ossea, grazie alle loro caratteristiche di biocompatibilità, bioattività e bioriassorbibilità. Tuttavia, la loro applicazione clinica richiede materiali con resistenza meccanica non inferiore a quella del tessuto osseo, nonché la verifica sperimentale della loro risposta quando posti in contatto con l'ambiente fisiologico. In questo lavoro, si propone la produzione di scaffold vetrosi e/o semicristallini basati su composizioni Ca-Si-O-N, derivanti dalla stampa di polimeri preceramici (siliconici e silazanici) modificati, trasformati termicamente in ceramici ad alta porosità (>85%) ma dotati di elevata resistenza meccanica, grazie alla formazione di legami Si-N in aggiunta a legami Si-N. Parallelamente, sarà condotta un'analisi di validazione biologica in vitro per caratterizzare la risposta cellulare agli scaffold prodotti. Attraverso studi sul rilascio ionico (analisi del pH in soluzione fisiologica o acquosa), test di coltura cellulare, valutazioni di vitalità e osservazioni della morfologia cellulare sulle superfici, si otterrà una prima valutazione sull'idoneità e le possibili applicazioni degli scaffold prodotti in ambito bioingegneristico, contando sull'affinità dei prodotti ai moderni bioceramici a base di nitruro di silicio (Si3N4), noto per il rilascio di ammoniaca (agente antibatterico) e ioni ammonio (nutriente cellulare) in ambiente fisiologico