Analisi del comportamento meccanico di alcool polivinilico per la rigenerazione nervosa

The present study aims to study the mechanical behavior of neuroguides based on polyvinyl alcohol (PVA) in native and oxidized form (OxPVA) with potassium permanganate (KMnO4), also in composite form with carbon nanotubes (CNT). Starting first of all from the anatomical study of the nerves, the state of the art in the field of peripheral nerve regeneration and the design of applications such as the use of autografts, neuroguides and examples of tissue and regenerative engineering were analyzed. In detail, the samples analyzed in this study have the form of neuroguides: they are small artificial tubes / channels for the regeneration of the peripheral nerve. Neuroguides, or nerve guide conducts (NGCs), can be made from materials or natural, such as using joint structures or otherwise fixed to the two stumps of the damaged nerve in order to provide an adequate environment for nerve regeneration, while acting both as a guide for axon regeneration and as a barrier against scar growth. It has been shown that the oxidation of PVA allows to obtain modulable mechanical characteristics, improves the water absorption by the material and finally allows an effective control of the biodegradation mechanism in vivo. Therefore, oxidation allows to improve the biocompatibility and biodegradability properties of the material compared to the native form, in order to make it more suitable for possible applications in the biomedical field. In the present thesis work, neuroguides based on PVA, OxPVA and OXPVA composite with CNT, prepared at the Anatomy Section of the Department of Neuroscience of the University of Padua have been characterized. The morphological and mechanical characterization of the neuroguides, carried out at the Laboratory of Mechanics of Biological Materials of the Department of Industrial Engineering, constitutes a preliminary analysis for the evaluation of the in vivo functionality of these constructs, in view of applications in the repair of lesions of peripheral nerves, using a tissue engineering approach.

Il presente studio ha lo scopo di esaminare il comportamento meccanico di neuroguide costituite da hydrogel a base di alcool polivinilico (PVA) in forma nativa e in forma ossidata (OxPVA) con permanganato di potassio (KMnO4), anche in forma composita con nanotubi di carbonio (CNT). Partendo da uno studio anatomico dei nervi, è stato analizzato lo stato dell’arte nel campo della rigenerazione dei nervi periferici e dell’ideazione di metodologie come l’impiego di autoinnesti, di neuroguide e di esempi di applicazioni in ambito di ingegneria tessutale e rigenerativa. Nel dettaglio, i campioni analizzati nel presente studio hanno la forma di neuroguide: sono dei piccoli tubi/canali artificiali per la rigenerazione del nervo periferico. Le neuroguide, o condotti di guida nervosi (NGC), possono essere costituite da materiali sintetici o naturali, funzionano come strutture di raccordo suturate o comunque fissate ai due monconi del nervo danneggiato allo scopo di fornire un ambiente adeguato per la rigenerazione del nervo, fungendo al contempo sia da guida per la rigenerazione degli assoni sia da barriera contro la crescita cicatriziale. È stato dimostrato che l’ossidazione del PVA permette di ottenere caratteristiche meccaniche modulabili, migliora l’assorbimento d’acqua da parte del materiale e infine consente un efficace controllo del meccanismo di biodegradazione in vivo. Pertanto, l’ossidazione permette di migliorare le proprietà di biocompatibilità e biodegradabilità del materiale rispetto alla forma nativa, in modo da renderlo più adatto per possibili applicazioni in ambito biomedico. Nel presente lavoro di tesi, sono state caratterizzate delle neuroguide a base di PVA, OxPVA e OXPVA composite con CNT, preparate presso la Sezione di Anatomia del Dipartimento di Neuroscienze dell’Università di Padova. La caratterizzazione morfologica e meccanica delle neuroguide, svolta presso il Laboratorio di Meccanica dei Materiali Biologici del Dipartimento di Ingegneria Industriale, costituisce un’analisi preliminare per la valutazione della funzionalità in vivo di tali costrutti, in vista di applicazioni nella riparazione delle lesioni dei nervi periferici, mediante un approccio di ingegneria dei tessuti.