Ottimizzazione del processo di reticolazione fisica di hydrogel per la riparazione della cartilagine

Il crescente aumento di patologie degenerative e infiammatorie delle articolazioni, come l’osteoartrite, ha evidenziato la necessità di sviluppare materiali innovativi in grado di replicare le proprietà strutturali e le funzioni della cartilagine articolare. Tra i biomateriali studiati, gli hydrogel a base di alcool polivinilico (PVA) si distinguono per l’elevata biocompatibilità, la capacità di assorbire e rilasciare grandi quantità d’acqua e per le proprietà meccaniche modulabili. Nel presente lavoro di tesi, si intende studiare l’effetto delle reticolazioni di questo materiale sulle proprietà meccaniche, attraverso prove sperimentali di trazione e compressione. Il processo di reticolazione, infatti, come suggerito dall’analisi della letteratura scientifica, risulta fondamentale nel mantenimento della stabilità strutturale e delle proprietà meccaniche di questo materiale. Sebbene esistano diverse tecniche di reticolazione del PVA, come la reticolazione chimica e l’irraggiamento, questo studio si concentra sulla reticolazione fisica, in particolare mediante tecnica dei cicli di congelamento-scongelamento (freeze-thawing). Tale approccio si rivela molto promettente in quanto consente di ottenere ottime prestazioni meccaniche evitando l’impiego di agenti reticolanti potenzialmente citotossici, rendendo il materiale idoneo all’impiego come sostituto cartilagineo biocompatibile e a lunga durata. Sono stati realizzati diversi campioni di hydrogel a base di PVA, mediante diversi protocolli di freeze-thawing, variando alcuni parametri del processo come il numero di cicli FT e la durata delle fasi di congelamento e scongelamento. Inoltre, la stabilità dei materiali è stata valutata in funzione del tempo di conservazione dopo la preparazione. L’effetto dei diversi protocolli di reticolazione e del tempo di conservazione è stato valutato mediante prove meccaniche che hanno permesso di analizzare la risposta in termini di tensione e deformazione, sia in trazione che in compressione. L’obiettivo del presente lavoro di tesi è stato quello individuare il protocollo di FT più efficace per la realizzazione di scaffold in PVA destinati alla riparazione della cartilagine, valutandone la compatibilità con le proprietà biomeccaniche del tessuto cartilagineo. Le caratteristiche ricercate sono state infatti l’elasticità e l’elevata resistenza, in quanto la cartilagine articolare è un tessuto che presenta una funzione ammortizzante e deve essere in grado di sopportare carichi elevati durante attività quotidiane, mantenendo al contempo una certa flessibilità per consentire il corretto movimento delle articolazioni. I risultati ottenuti hanno dimostrato che tra tutti i protocolli analizzati, il protocollo costituito da quattro cicli di congelamento di 16 ore e scongelamento di 8 ore è risultato il migliore. In particolare, nelle prove di trazione, tale protocollo ha prodotto hydrogel di PVA caratterizzati da una maggiore rigidezza, con curve tensione-deformazione con una bassa dispersione, indicando buona ripetibilità e stabilità meccanica. Anche nelle prove di compressione, tale protocollo ha mostrato buoni risultati, sebbene accompagnati da una maggiore variabilità, probabilmente legata anche alle caratteristiche dello specifico set-up sperimentale.