Caratterizzazione meccanica di hydrogel a base di alcool polivinilico e nanotubi di carbonio per la rigenerazione nervosa

Il presente studio ha lo scopo di analizzare e caratterizzare il comportamento meccanico di neuroguide (piccoli condotti per la rigenerazione nervosa) in hydrogel a base di alcool polivinilico parzialmente ossidato (OxPVA) e combinato con nanotubi di carbonio (Carbon Nanotubes, CNT). È stato, infatti, notato da precedenti studi come il PVA parzialmente ossidato migliori la biodegradabilità e la biocompatibilità rispetto al PVA nativo, inoltre l’addizione di nanotubi di carbonio a differenti percentuali, permette un miglioramento della conduttività dell’hydrogel composito, aspetto che risulterà utile per essere applicato in futuro in ambito dell'ingegneria tissutale dei nervi periferici. Nel presente lavoro di tesi, si è partiti dallo studio anatomico dei nervi e delle lesioni nervose, analizzando lo stato dell'arte in merito alla rigenerazione nervosa. In seguito, sono state studiate le diverse neuroguide presenti in commercio. Alcune di queste neuroguide commerciali sono state utilizzate in studi clinici con risultati apprezzabili, ma in questa tesi si propongono diversi materiali che oltre ad avere buone caratteristiche di biodegradabilità e biocompatibilità possono promuovere una buona rigenerazione nervosa. La preparazione e reticolazione degli hydrogel, la costruzione degli stampi e delle neuroguide sono state realizzate presso la Sezione di Anatomia del Dipartimento di Neuroscienze dell’Università di Padova. La miscelazione con i nanotubi di carbonio è stata realizzata in collaborazione con il Dipartimento di Scienze Chimiche dell’Università di Padova. Al fine di analizzare le proprietà meccaniche del materiale, sono state realizzate delle membrane con i suddetti materiali ed eseguite prove di trazione mono-assiale e prove di resistenza alla sutura (suture retention) presso il Laboratorio di Meccanica dei Materiali Biologici del Dipartimento di Ingegneria Industriale. Le neuroguide vengono suturate alle due parti (prossimali e distali) dei nervi danneggiati per garantire un ambiente ottimale alla rigenerazione assonale. Le prove di suture retention hanno dato come risultato la forza massima a cui il filo della sutura può resistere. Tali ricerche costituiscono un'analisi preliminare per lo studio in vivo di questi costrutti. Nello specifico nel primo capitolo vengono descritti gli aspetti anatomici rilevanti del sistema nervoso e dei nervi; vengono esposte inoltre, le lesioni nervose e i metodi comunemente attuati per la riparazione dei nervi periferici e per il trattamento delle lesioni nervose. Nel secondo capitolo è stata delineata una panoramica generale sull’importanza e sullo scopo delle neuroguide: si sono analizzate le caratteristiche meccaniche che dovrebbe possedere una buona neuroguida. Si è passati, poi, alla descrizione della struttura e dei materiali con cui vengono costruiti i condotti nervosi. Infine, si sono analizzate le neuroguide commerciali, valutando sia i pro che i contro di ciascuna di esse. Di alcuni condotti nervosi in commercio sono stati visti anche dei casi clinici. Nel terzo capitolo vengono descritti tutti i materiali e i metodi impiegati nella presente tesi. In particolare, sono riportati i protocolli sperimentali utilizzati per la realizzazione dell’hydrogel a base di OxPVA e di hydrogel a base di OxPVA caricato con nanotubi di carbonio, la fabbricazione dei provini e la reticolazione dell’hydrogel, le prove meccaniche di trazione e suture retention. Tra la strumentazione sono stati descritti il sistema Bose® ElectroForce Planar Biaxial TestBench, utilizzato per le prove meccaniche e il microscopio PCE-MM200 UV impiegato per l’acquisizione delle immagini. Nel quarto capitolo sono esposti i risultati ottenuti sia per quanto riguarda l’analisi d’immagine, sia per quanto riguarda le prove di trazione mono-assiale e le prove di suture retention.