Funzionalizzazione di impianti protesici con proteina DOPA dai mitili per favorire l'osteointegrazione

The long-term clinical success of endosseous prosthetic implants largely depends on their ability to achieve stable integration with the surrounding bone tissue. However, the biologically inert nature of commonly used materials, such as titanium, limits their capacity to actively promote osseointegration. This thesis proposes a strategy for the biofunctionalization of implant surfaces through the use of peptides containing DOPA (L-3,4-dihydroxyphenylalanine), an amino acid found in mussel adhesive proteins (Mfps), well known for its ability to establish strong and selective interactions with a wide range of substrates. After presenting the biological and engineering principles of osseointegration and the main surface modification techniques, the thesis examines in detail the molecular structure and adhesive behavior of DOPA, with a particular focus on its implications for prosthetic materials. The work also describes the peptide synthesis strategies adopted to obtain functional coatings for titanium surfaces. To complement this analysis, experimental data are reported and discussed, demonstrating that functionalization with DOPA-derived peptides enhances cell adhesion and proliferation in vitro, as well as osteogenesis and implant stability in animal models. Overall, this research outlines a promising approach for optimizing implant surfaces, with potential applications in improving bone integration and the clinical effectiveness of prosthetic devices.

Il successo clinico a lungo termine degli impianti protesici endossei dipende in larga misura dalla loro capacità di integrarsi stabilmente con il tessuto osseo circostante. Tuttavia, la natura biologicamente inerte di materiali comunemente impiegati, come il titanio, limita la loro capacità di favorire attivamente l'osteointegrazione. In questa tesi viene proposta una strategia di biofunzionalizzazione delle superfici implantari basata sull'impiego di peptidi contenenti DOPA (L-3,4-diidrossifenilalanina), un amminoacido presente nelle proteine adesive dei mitili marini (Mfps), noto per la sua capacità di instaurare interazioni forti e selettive con numerosi substrati. Dopo aver illustrato i fondamenti biologici e ingegneristici dell'osteointegrazione e le principali tecniche di modifica delle superfici, il presente lavoro approfondisce la struttura molecolare e il comportamento adesivo della DOPA, soffermandosi sulle sue implicazioni nel settore dei materiali protesici. Sono inoltre descritte le strategie di sintesi peptidica adottate per ottenere rivestimenti funzionali da applicare su superfici in titanio. A completamento dell'analisi, vengono riportati e discussi dati provenienti da studi sperimentali, i quali dimostrano che la funzionalizzazione con peptidi DOPA-derivati favorisce una maggiore adesione e proliferazione cellulare in vitro, nonché una migliore osteogenesi e stabilità implantare in modelli animali. Si delinea quindi un approccio promettente per l'ottimizzazione delle superfici implantari, con potenziali applicazioni nel miglioramento dell'integrazione ossea e dell'efficacia clinica dei dispositivi protesici.