Metamateriali come scaffold per la rigenerazione del tessuto adiposo: progettazione, caratterizzazione e potenziale applicativo nella ricostruzione mammaria

This thesis project falls within the field of tissue engineering and regenerative medicine, with the aim of investigating the potential of metamaterials as innovative scaffolds for adipose tissue regeneration, particularly in relation to breast reconstruction after mastectomy. Following an anatomical, histological, and mechanical overview of adipose tissue, the clinical context of breast cancer and the main reconstruction techniques currently available are discussed, highlighting their limitations. In this perspective, metamaterials, thanks to their periodic and controllable architectures, represent a promising solution for developing mechanically adaptable structures inspired by the morphology of soft tissues. In this work, several polymeric specimens with meso-structured geometries designed to replicate the characteristics of adipose tissue were developed through 3D printing. Mechanical characterization, carried out through compression tests and indentation tests, allowed for a complementary analysis of both the global and local behavior of the structures, with particular attention to phenomena such as instability, collapse, and compaction. In parallel, numerical simulations performed with Abaqus software enabled the modeling of the mechanical response of the specimens and the analysis of the influence of geometric and material parameters on the overall performance. The obtained results confirm the potential of metamaterials as scaffolds for applications in adipose tissue regeneration, opening promising perspectives for the development of customizable and biocompatible solutions in the field of breast reconstruction.

Il presente lavoro di tesi si inserisce nell’ambito dell’ingegneria tissutale e della medicina rigenerativa, con l’obiettivo di indagare il potenziale dei metamateriali come scaffold innovativi per la rigenerazione del tessuto adiposo, in particolare in relazione alla ricostruzione mammaria post-mastectomia. Dopo un inquadramento anatomico, istologico e meccanico del tessuto adiposo, viene affrontato il contesto clinico legato al tumore al seno e alle principali tecniche ricostruttive oggi disponibili, evidenziandone i limiti. In questa prospettiva, i metamateriali, grazie alle loro architetture periodiche e controllabili, rappresentano una soluzione promettente per ottenere strutture meccanicamente adattabili e morfologicamente ispirate ai tessuti molli. Nel lavoro sono stati progettati e realizzati, mediante stampa 3D, diversi provini polimerici con geometrie meso-strutturate finalizzate a replicare le caratteristiche del tessuto adiposo. La caratterizzazione meccanica, condotta attraverso prove di compressione e prove di indentazione, ha permesso di analizzare in modo complementare il comportamento globale e locale delle strutture, con particolare attenzione a fenomeni quali instabilità, collasso e compattazione. Parallelamente, simulazioni numeriche condotte con il software Abaqus hanno consentito di modellare la risposta meccanica dei provini e di analizzare l’influenza dei parametri geometrici e costitutivi sulle prestazioni complessive. I dati ottenuti confermano il potenziale dei metamateriali come scaffold per applicazioni nella rigenerazione del tessuto adiposo, aprendo prospettive interessanti per lo sviluppo di soluzioni personalizzabili e biocompatibili nell’ambito della ricostruzione mammaria.