Silk fibroin plates by sintering for maxillo-facial osteofixation

The six-month research internship is part of a main study effort to find innovative biomaterials for bone fracture fixation and regeneration. The main objective was the development, production and comparative characterisation of three different silk fibroin-based resins for applications in maxillofacial surgery. The formulations studied include a lyophilized pure silk fibroin sponge (SF) considered as control material, a methacrylate silk fibroin sponge (Sil-MA) reinforced by chemical crosslinking and a silk fibroin powder obtained by sonication (SF powder). The samples were produced by sintering: applying high temperatures and pressures, the starting materials underwent a solid-to-solid transition, resulting in molecular rearrangement and formation of a compact and homogeneous material. A higher compression temperature than the glass transition temperature (Tg) of silk fibroin resulted in the occurrence of a transition. Furthermore, the implementation of the sintering process has resulted in a notably swift and highly efficient method for the mass production of these resins. Chemical-physical analysis and preliminary mechanical tests were both employed to thoroughly characterize the resins. Particular attention was paid to the behaviour of sintered Sil-MA, since there are no cases of previous investigations, while the sonicated fibroin powder has been considered for its potential advantages in terms of ease and speed of processing. Results validated the sintering process as an effective production method for all three materials, yielding reproducible outcomes crucial for biomedical applications. This research contributes to the knowledge of silk fibroin-based resins for regenerative surgery and proposes an innovative approach both with regard to the materials and the advanced production process used.

L’attività sperimentale condotta in sei mesi si inserisce nel contesto della ricerca di biomateriali innovativi per la fissazione e la rigenerazione delle fratture ossee. L'obiettivo principale è stato lo sviluppo, la produzione e la caratterizzazione comparativa di tre diverse resine a base di fibroina di seta, destinate ad applicazioni in chirurgia maxillo-facciale. Le formulazioni studiate comprendono una spugna liofilizzata di fibroina di seta pura (SF) considerata come materiale di controllo, una spugna di fibroina di seta metacrilata (Sil-MA) rinforzata mediante reticolazione chimica, e una polvere di fibroina di seta ottenuta tramite sonicazione (SF powder). I campioni sono stati prodotti mediante sinterizzazione: applicando alte temperature e pressioni, i materiali di partenza hanno subito una transizione di fase da solido a solido, con conseguente riarrangiamento molecolare e formazione di un materiale compatto e omogeneo. Una temperatura di compressione più elevata della temperatura di transizione vetrosa (Tg) della fibroina della seta ha permesso questa transizione. Inoltre, l'applicazione del processo di sinterizzazione si è dimostrato un metodo particolarmente rapido ed efficiente per la produzione in serie delle resine. Per caratterizzare a fondo le resine sono state effettuate analisi chimico-fisiche e prove meccaniche preliminari. Particolare attenzione è stata prestata al comportamento della Sil-MA sinterizzata, dato che non esistono casi di precedenti indagini, mentre la polvere di fibroina sonicata è stata presa in considerazione per i suoi potenziali vantaggi in termini di facilità e velocità di lavorazione. I risultati hanno convalidato il processo di sinterizzazione come metodo di produzione efficace per tutti e tre i materiali con risultati riproducibili, aspetto cruciale per applicazioni biomediche. Questa ricerca contribuisce ad ampliare le conoscenze sulle resine a base di fibroina di seta per la chirurgia rigenerativa e propone un approccio innovativo sia per quanto riguarda i materiali impiegati sia per l’avanzato processo di produzione utilizzato.