Synthesis and characterization of novel biopolymer for biomedical applications

Abstract

Attualmente le innovazioni nel settore biomedicale possono contare sull’impiego di numerosi sistemi polimerici per la realizzazione di nuovi materiali funzionali per applicazioni specifiche in campo biologico, farmaceutico, cosmetico e nutraceutico. Diversi sistemi polimerici vengono impiegati con successo in diverse aree biomedicali, come ad esempio: - nel campo farmaceutico , nella preparazione di innovativi dispositivi per la somministrazione di farmaci come, ad esempio, idrogel come sistemi di rilascio biodegradabili; - in chirurgia, in una vasta gamma di applicazioni impiantabili, quali: lenti intraoculari, sistemi ortopedici degradabili, cateteri, materiali che devono presentare importanti proprietà come una buona prestazione e resistenza meccanica, nonché buone proprietà di permeabilità. - nell’ingegneria tissutale, come sostituti biologici per ristabilire, mantenere o migliorare la funzione di un tessuto, o nella realizzazione di organi artificiali. I materiali polimerici impiegati per questi scopi devono naturalmente presentare proprietà di biocompatibilità, biodegradabilità e totale assenza di tossicità, nonchè buone proprietà meccaniche, durante l’intero processo di rigenerazione. In tutti questi contesti, in realtà, è necessario che i materiali impiegati presentino ottime proprietà di biocompatibilità, biodegradabilità e atossicità, evitando qualsiasi reazione indesiderata all’interno dell’organismo umano. La realizzazione di sistemi polimerici ibridi , cioè a base di polimeri naturali e sintetici, risulta un percorso interessante per produrre polimeri funzionali con possibili applicazioni nella biomedicina. Infatti, l'introduzione di funzioni chimiche reattive, derivanti da polimeri sintetici, all'interno o lungo catene polimeriche naturali, come polisaccaridi e proteine, porta ad una serie di risultati positivi in quanto la presenza di gruppi derivanti dai polimeri naturali garantiscono proprietà importanti dal punto di vista della biocompatibilità, biodegradabilità e bio-funzionalità, mentre i polimeri di origine sintetica sono in grado di migliorare le proprietà fisiche e meccaniche di questi sistemi ibridi. Sulla base di tutte queste considerazioni, gli obiettivi generali della mia tesi di dottorato sono stati la sintesi e la caratterizzazione di nuovi materiali funzionali a base di biopolimeri, come polisaccaridi e proteine, con possibili applicazioni in campo biomedico. Il progetto di ricerca si è focalizzata su tre tematiche principali che verranno descritte in tre sezioni distinte, e in particolar modo: I. La prima sezione descrive la realizzazione e la caratterizzazione di nuovi idrogel pH- e temperaturasensibili, come potenziali sistemi di rilascio di farmaci. In particolar modo, in primo luogo è stata posta l’attenzione sulla realizzazione di idrogel pH-sensibili a base di gelatina, come carrier di farmaci per uso orale. Successivamente è stato realizzato un potenziale sistema di rilascio a base di chitosano ,sensibile alla temperatura, in grado di modulare il rilascio di farmaci in relazione alle variazioni di temperatura. II. La seconda sezione pone l’attenzione sulla sintesi di coniugati a base di biopolimeri e antiossidanti come potenziali ingredienti per formulazioni farmaceutiche, cosmetiche e nutraceutiche. La possibilità di promuovere la coniugazione tra molecole biopolimeriche e gli antiossidanti risulta molto interessante dal punto di vista biomedico perché il sistema risultante presenta proprietà del biopolimero di partenza, come biocompatibilità, biodegradabilità e atossicità e l’attività delle molecole antiossidanti coniugate, come una maggiore stabilità e una minore velocità di degradazione. III. L’ultima sezione descrive il lavoro che ho svolto durante il mio periodo di ricerca all’estero presso il Laboratorio di Medicina Rigenerativa e Farmacobiologia del Politecnico Federale di Losanna (EPFL, École Polytechnique Fédérale de Lausanne ). L’obiettivo principale di questo lavoro è stato la realizzazione di un nuovo sistema a base di PEG eterobifunzionale come potenziale biomateriale impiegabile nel processo della microincapsulazione cellulare. La scelta di un materiale adatto a preservare la vitalità e la funzione delle cellule incorporate all’interno del sistema realizzato diventa fondamentale se il materiale è destinato ad uno scopo terapeutico.