Membrane funzionalizzate con chitosano ingegnerizzato per la rigenerazione ossea

According to data from the World Health Organization, over 3.5 billion people suffer from oral cavity problems. Dental implantology is the most used technique for the replacement of missing teeth but the insertion of the screw damages the alveolar bone tissue, which must regenerate post-surgery in every direction to weld itself to the implant, guaranteeing its stability. It is necessary to limit the vertical loss of alveolar bone tissue following tooth removal or loss, even if one does not proceed with dental implantology. The most widely used method to increase bone growth in localized alveolar defects and implant sites is guided bone regeneration (GBR), which involves the use of barrier membranes that prevent unwanted cells from accessing the wound by allowing only angiogenic cells and bone progenitors. These membranes can be used as a cover for dental implants and bone substitute material or they can be used independently for bone regeneration or for limiting vertical alveolar bone loss. OsseoGuard® membranes (Biomax Spa, Vicenza, Italy) made of type I collagen with a high degree of purity extracted from bovine Achilles tendon and cross-linked with Formaldehyde, do not allow satisfying growth of alveolar bone tissue in the vertical direction, as reported by the department of Dentistry at the University of Padua. To overcome this defect, two different functionalizations were tested for these membranes: one covalent with chitosan and one with chitosan functionalized with the GBMP1α peptide. Chitosan by itself induces adhesion, proliferation, and differentiation of osteoblasts. On the other hand, GBMP1α is a BMP-2 peptide capable of promoting osteoblast proliferation and differentiation into the osteoblastic stem cell phenotype. Several studies have confirmed that Chit+GBMP1α leads to improvements in calcium deposition by human osteoblasts and in the expression of genes involved in osteoblast differentiation. Human osteoblasts taken from mandibular bone were seeded on the functionalized membranes to perform biological assays of proliferation, calcium deposition and gene expression. Mechanical tensile tests, FT-IR analysis, XPS and two-photon microscopy were also performed. The microscopy and FT-IR analyses show a good degree of functionalization and a good distribution of chitosan and Chit+GBMP1α, the biological assays provide excellent results in comparison with the untreated OsseoGuard® membranes (especially in the case of chit+GBMP1α) and mechanical tests confirm that the functionalization treatments do not significantly change the mechanical properties of the membranes.

Secondo i dati dell’Organizzazione Mondiale della Sanità oltre 3,5 miliardi di persone soffrono di problemi del cavo orale. L’implantologia dentale è la tecnica più utilizzata per la sostituzione rimpiazzo di denti mancanti ma l’inserimento della vite danneggia il tessuto osseo alveolare, che deve rigenerarsi post-intervento in ogni direzione per saldarsi all’impianto garantendogli stabilità. È necessario limitare la perdita verticale di tessuto osseo alveolare a seguito di rimozione o perdita dentale anche laddove non si proceda con implantologia dentale. Il metodo più utilizzato per aumentare la crescita ossea nei difetti alveolari localizzati e nei siti di impianto è la rigenerazione ossea guidata (GBR), che prevede l’utilizzo di membrane barriera che impediscono alle cellule indesiderate l’accesso alla ferita consentendolo solo alle cellule angiogeniche e progenitrici ossee. Queste membrane possono essere usate come rivestimento di impianti dentali e materiali sostitutivi dell’osso oppure le si può usare in maniera indipendente per la rigenerazione ossea o per la limitazione della perdita verticale di tessuto osseo alveolare. Le membrane OsseoGuard® (Biomax Spa, Vicenza, Italia) in collagene di tipo I ad elevato grado di purezza estratto da tendine di Achille bovino e reticolato con Formaldeide, non permettono una soddisfacente crescita di tessuto osseo alveolare in direzione verticale, come segnalato dal dipartimento di Odontoiatria dell’Università di Padova. Per sopperire a questo difetto sono state testate due diverse funzionalizzazioni per queste membrane: una covalente con chitosano ed una con chitosano funzionalizzato con il peptide GBMP1α. Il chitosano induce di per sé adesione, proliferazione e differenziazione degli osteoblasti. D’altro canto, GBMP1α è un peptide della BMP-2 in grado di promuovere proliferazione degli osteoblasti e differenziamento nel fenotipo osteoblastico di cellule staminali. Diversi studi hanno confermato che Chit+GBMP1α porta a miglioramenti nella deposizione di calcio da parte degli osteoblasti umani e nell’espressione di geni coinvolti nel differenziamento degli osteoblasti. Sulle membrane funzionalizzate sono state seminati osteoblasti umani prelevati da osso mandibolare per effettuare saggi biologici di proliferazione, deposizione di calcio ed espressione genica. Sono stati inoltre effettuati test meccanici di trazione, analisi FT-IR, XPS e microscopia a due fotoni. Le analisi di microscopia ed FT-IR mostrano un buon grado di funzionalizzazione ed una buona distribuzione di chitosano e chit+GBMP1α, i saggi biologici forniscono eccellenti risultati nel confronto con la membrana OsseoGuard® non trattata (soprattutto nel caso di chit+GBMP1α) ed i test meccanici confermano che i trattamenti di funzionalizzazione non variano in maniera significativa le proprietà meccaniche delle membrane.