RICERCA ITALIANA     

Tecnologie per la manipolazione su scala nanometrica dei materiali e loro applicazione biomedica

Centro Interuniversitario Sistemi Medici Avanzati (CRISMA)

Abstract

Questo progetto si pone lo scopo di ideare nuove tecniche di nanofabbricazione o adattare e migliorare quelle preesistenti per l'ottenimento di domini dell'ordine di nanometri per la realizzazione di dispositivi nanostrutturati per applicazione nei settori cardiovascolare, ortopedico e della chirurgia ricostruttiva. La ricerca sarà condotta seguendo due linee: 1) la realizzazione di superfici nanostrutturate per tessuti molli; 2) l'ottenimento di materiali nanostrutturati per tessuti duri.
Le superfici nanostrutturate verranno realizzate su substrati polimerici diversi. Una volta ottenute verranno caratterizzate in termini morfologici e chimici e saranno valutate le proprietà meccaniche dei substrati così modificati. Dal punto di vista biologico, verrà verificato se tali materiali siano capaci di controllare la crescita, migrazione ed organizzazione tridimensionale di cellule endoteliali al fine di poterli utilizzare come supporti per la formazione di nuovi vasi sanguigni. Inoltrè verrà valutato se tali materiali possano costituire supporti per la crescita guidata di fibroblasti e condrociti così da poter essere applicati nella chirurgia ricostruttiva.
Per quanto riguarda i materiali nanostrutturati per tessuti duri, verranno realizzati dispositivi a base di leghe in titanio e materiali ibridi organici/inorganici costituiti da nanocristalli di fosfati di calcio insieme a polimeri naturali o sintetici. Anche tali materiali verranno caratterizzati sia da un punto di vista chimico, che morfologico e strutturale. Verrà valutata la capacità di stimolare la crescita controllata e guidata delle cellule mesenchimali e la loro differenziazione in osteoblasti da parte delle nanostrutture così da dimostrare la loro applicabilità in vivo per favorire fenomeni di osteointegrazione a livello del sito di impianto della protesi e ridurre i fallimenti protesici dovuti a mobilità. Inoltre, la crescita guidata degli osteoblasti nel bulk di tali materiali nanostrutturati favorirà il loro utilizzo come sostituti dell'osso. <<<

Coordinatore Scientifico del Programma di Ricerca

ROLANDO BARBUCCI, Centro Interuniversitario Sistemi Medici Avanzati (C.R.I.S.M.A.)

Obiettivo del Finanziamento

L' obiettivo scientifico della proposta progettuale è di ideare delle nuove tecniche di nanofabbricazione o adattare e migliorare le preesistenti in funzione dei materiali idonei ad un impiego nel campo biomedicale. Questo consente l'ottenimento di dispositivi che presentano sulla superficie dei domini dell'ordine dei nanometri e quindi capaci di influenzare il comportamento e la crescita cellulare, in modo da modulare il processo di biointegrazione con il sistema ospite.

In particolare l'attività di ricerca sarà dedicata a perseguire i quattro seguenti obiettivi:
1) Superfici nanostrutturate per tessuti molli
1a) Realizzazione di superfici polimeriche nanostrutturate, con domini di diversa composizione chimica e/o topografica, costituita da molecole con attività specifica nei confronti delle cellule endoteliali (eparina ed altri polisaccaridi con attività eparino-simile) che ne consentano il controllo dell'adesione, della proliferazione e del differenziamento, favorendo l'endotelizzazione delle superfici. Tali superfici saranno ottenute attraverso un processo di fotoimmobilizzazione e/o di ablazione laser che prevede la rimozione controllata del polisaccaride da uno strato omogeneo precedentemente fotoimmobilizzato. (Unità di ricerca CRISMA)
1b) Studio di processi di Plasma Etching chemical vapor deposition (PE-CVD) e plasmochimici per realizzare superfici chimicamente microstrutturate.
Realizzazione di superfici morfologicamente e chimicamente nanostrutturate con funzionalità di tipo carbossilico. La superficie del materiale potrà essere ulteriormente modificata tramite deposizione di un coating conformale da plasma. (Unità di ricerca Università di Bari).
1c) Preparazione di superfici polimeriche con regioni spazialmente definite nell'ordine dei nanometri tramite la tecnica dell'irradiazione con fasci ionici (Unità di ricerca Università di Catania).

2) Materiali nanostrutturati per tessuti duri
2a) Realizzazione di materiali in lega a base di Ti con nanostrutture aventi dimensioni caratteristiche inferiori a 100nm. Tali materiali comprenderanno strutture a zero dimensionalità (gruppi di atomi "clusters"), multistrati monodimensionali, solidi monofasici o nanocristallini tridimensionali. I materiali in leghe nanocomposite in Ti verranno sviluppati con un processo di meccanofabbricazione (Unità di ricerca L.I.M.A. Spa).
2b) Realizzazione di nuovi materiali ibridi organici ed inorganici. Saranno prodotti nanocristalli inorganici di fosfati di calcio in presenza di polimeri sia naturali che sintetici. A questo scopo verranno preparati nanocristalli compositi di fosfato di calcio-polielettroliti e verranno messi a punto metodi di crescita di cristalli inorganici su matrici polimeriche. (Unità di ricerca Università di Bologna).

3) Caratterizzazione chimico-fisica, morfologica e meccanica.
Ci si propone utilizzare le tecniche più opportune (FT-IR, small-spot XPS, SERS, ESCA, SIMS, angolo di contatto, S.E.M, AFM) per la caratterizzazione chimica e morfologica di tali materiali strutturati, in modo che si possa arrivare a trovare una correlazione tra la composizione chimica e la morfologia dei nanodomini con la capacità di modulare il comportamento cellulari in modo da formare nuovi vasi.

4) Caratterizzazione biologica
Sarà verificato come tali materiali siano capaci di influenzare il comportamento, il movimento e la funzionalità cellulare. Verranno utilizzate cellule endoteliali dato che il fine ultimo è quello di realizzare materiali nanostrutturati capaci di guidare la crescita e la differenziazione cellulari.
Per quanto riguarda i materiali nanostrutturati per tessuti duri verrà studiata la loro interazione in termini di crescita e differenziazione cellulare con cellule mesenchimali ed osteoblasti.

Il fine ultimo dell'attività di ricerca sarà quello di valutare le possibili utilizzazioni dei materiali nanostrutturati caratterizzati dal punto di vista chimico, morfologico e biologico come elementi di protesi.

L'interesse industriale a questo tipo di ricerca risulta evidente dalla presenza di quattro industrie italiane leader nel settore biomedicale, LIMA Spa. che appare come unità di ricerca , Nobilbio Ricerche Spa che collabora con l'unità di ricerca dell'Università di Bari, la FAB con l'Unità di ricerca di dell'Università di Padova e la Sorin Biomedica Cardio S.p.A. con l'unità di ricerca del C.R.I.S.M.A. (Università di Siena)<<<

Durata

36 mesi