Sviluppo e caratterizzazione reologica di un inchiostro a base di idrossiapatite di origine biologica per la fabbricazione di scaffold mediante Direct Ink Writing destinati all'ingegneria tissutale ossea

Bone tissue engineering is a rapidly growing field within regenerative medicine, aiming to develop biocompatible and bioactive bone substitutes capable of promoting the regeneration of damaged tissue. In this context, biologically derived hydroxyapatite represents a particularly promising biomaterial due to its close resemblance to the mineral phase of natural bone and its favorable biological properties. This thesis focuses on the development of a three-dimensional (3D) printing ink based on hydroxyapatite derived from bovine bone for the fabrication of scaffolds using Direct Ink Writing (DIW) technology. The experimental work involved the preparation of hydroxyapatite powder through material processing, milling, and sieving of the raw bovine bone, followed by the formulation of a printable ink suitable for extrusion-based additive manufacturing. Particular attention was devoted to the rheological characterization of the ink in order to evaluate its printability and identify the most suitable processing conditions for the DIW process. Subsequently, three-dimensional scaffolds were fabricated using Direct Ink Writing and subjected to appropriate post-processing treatments. The resulting structures were characterized in terms of their morphological and mechanical properties to assess their suitability as scaffolds for bone tissue engineering applications. This work contributes to the development of biomaterials and biofabrication processes based on naturally derived hydroxyapatite, highlighting their potential for the fabrication of scaffolds intended for regenerative medicine applications and providing a foundation for future studies aimed at optimizing both the material properties and the additive manufacturing process.

L'ingegneria tissutale ossea rappresenta un settore di crescente interesse nell'ambito della medicina rigenerativa, con l'obiettivo di sviluppare sostituti ossei biocompatibili e bioattivi in grado di favorire la rigenerazione del tessuto danneggiato. In questo contesto, l'idrossiapatite di origine biologica costituisce un materiale particolarmente promettente grazie alla sua elevata somiglianza con la componente minerale dell'osso naturale e alle sue favorevoli proprietà biologiche. Il presente lavoro di tesi è finalizzato allo sviluppo di un inchiostro per stampa 3D a base di idrossiapatite ottenuta da osso bovino, destinato alla fabbricazione di scaffold mediante tecnologia Direct Ink Writing (DIW). L'attività sperimentale ha previsto la preparazione della polvere di idrossiapatite attraverso processi di trattamento del materiale di partenza, macinazione e setacciatura, seguita dalla formulazione di un inchiostro con caratteristiche idonee alla stampa per estrusione. Particolare attenzione è stata rivolta alla caratterizzazione reologica dell'inchiostro, al fine di valutarne la stampabilità e individuare le condizioni operative più adatte al processo di fabbricazione additiva. Successivamente sono stati realizzati scaffold tridimensionali mediante tecnologia DIW e sottoposti a opportuni trattamenti post-processo. Le strutture ottenute sono state caratterizzate dal punto di vista morfologico e meccanico, con l'obiettivo di valutarne l'idoneità come supporti per applicazioni nell'ingegneria tissutale ossea. Il lavoro contribuisce allo sviluppo di biomateriali e processi di biofabbricazione basati su idrossiapatite di origine naturale, evidenziandone il potenziale impiego nella realizzazione di scaffold per applicazioni di medicina rigenerativa e fornendo una base per futuri approfondimenti finalizzati all'ottimizzazione delle proprietà del materiale e del processo di stampa.