ALMA MATER STUDIORUM UNIVERSITÁ DI BOLOGNA SEDE .SECONDA FACOLTÁ DI INGEGNERIA CON SEDE A CESENA

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ALMAMATERSTUDIORUMUNIVERSITDIBOLOGNASEDEDICESENASECONDAFACOLTDIINGEGNERIACONSEDEACESENA

CORSODILAUREAININGEGNERIABIOMEDICA

Nuovicopolimeristatisticiabasedipoli(butilenesuccinato),realizzazionedi"3DScaffolds"medianteelettrofilaturaper

applicazioniiningegneriatissutale

Elaboratoin:

FONDAMENTIDICHIMICA

Presentatada: Relatore:FrancescoBellavia Chiar.maProf.ssaNadiaLotti

Correlatore:

Ing.MatteoGigli

SessioneIII

AnnoAccademico2011/2012

I

INDICE

CAPITOLO1:Introduzione 1 1.1 Biomateriali 1

1.1.1 Classificazione 2

1.2 Biomaterialipolimericiinmedicina 5

1.2.1 Struttura 7

1.2.2 Classificazione 9

1.2.2.1 Biodegradazione 11

1.2.2.2 Biodegradazioneidrolitica 13

1.2.3 Lavorazione 15

1.3 Poliesterialifatici 17

1.3.1 Sintesi 17

1.3.2 Proprietfisiche 18

1.3.3 Cristallinit 19

1.3.4 Propriettermiche 20

1.3.4.1 Temperaturaditransizionevetrosadifusione 21

1.3.5 Massaepesomolecolare 22

1.3.6 Poliesterialifaticiperusobiomedico 24

1.4 Copolimeri 28

1.4.1 Copolimeristatistici 29

1.4.2 Copolimeriablocchi 32

1.5 Ingegneriatissutale 33

1.5.1 Elettrofilatura 34

1.5.2 Tessutibiologici 37

1.5.3 Supportisintetici 39

1.5.4 Biomimetica 40

1.5.5 Biocompatibilit 41

1.5.5.1 Testinvitro 43

1.5.5.2 Testinvivo 45

1.5.5.3 Trialsclinici 48

Capitolo2:Scopodellatesi 50

II

Capitolo3:MaterialieMetodi 52

3.1 Elettrofilatura 52

3.2 Cromatografiadipermeazionesugel(GPC) 53

3.3 Calorimetriadifferenzialeascansione(DSC) 55

3.4 Termogravimetria(TGA) 58

3.5 Risonanzamagneticanucleare(NMR) 60

3.6 Angolodicontatto 62

3.7 Misurestressstrain 63

3.8 Degradazioneidrolitica 65

3.10Biocompatibili 66

3.10.1Culturacellulare 66

3.10.2Testdivitalitcellulare 66

Capitolo4:RisultatieDiscussione 67

4.1 Sintesiecaratterizzazionemolecolare 67

4.2 Elettrofilatura 67

4.3 Misuredibagnabilitsuperficiale(WCA) 71

4.4 Caratterizzazionetermica 72

4.5 Caratterizzazionemeccanica 73

4.6 Degradazioneidrolitica 74

4.7 Biocompatibiilit 78

Capitolo5:Conclusioni 80

Bibliografia 82

1

1INTRODUZIONE

1.1BIOMATERIALI

La scienza dei biomateriali costituisce ad oggi un settore di crescente interesse ed in rapida

evoluzioneallinternodelsistemaculturaleedeconomicomondiale.Moltesonolerisorse,umane

efinanziarie,utilizzateper lamessaapuntoditecnologiesemprepisofisticateecomplesse, in

gradodiinterfacciarsiconisistemibiologicidelcorpoumanoesuperaregliattualilimitichimico

fisici.

Permateriali innovativi si intende una seriemolto ampia di composti, che si differenziano dai

prodotti convenzionali poich progettati su misura per far fronte ad unesigenza specifica e

predefinita, funzionalizzandoliadassolvere la loro funzione inmaniera intelligente (F.Causaet

al.,2007).

Ilrequisito fondamentalediunbiomateriale lacompatibilitvaleadire lacapacitdisvolgere

unaparticolarefunzionesenzaprovocarereazionidannoseneltessutoviventeconcuiilmateriale

a contatto (KarandeTSandAgrawalCM,2008).Tali reazioni indesiderate, che siesplicano in

fenomeniinfiammatoriodirigetto,possonoderivaredirettamentedallinterazionedeldispositivo

conlorganismooaseguitodelrilasciodiprodottitossiciquali,adesempio,additivie/oprodottidi

degradazione.

Talecompatibilitpuesserdivisaintreaspettiprincipali:

Compatibilitmorfologica: aspetto che riguarda le interfacce tridimensionali di forma e

massa.

Compatibilit funzionale:siriferiscealleproprietcheundispositivodevepossedereper

riprodurreunadeterminatafunzionedalpuntodivistafisicoemeccanico.

Compatibilitbiologicaobiocompatibilit:aspettocheriguardalacapacitdiunmateriale

dideterminare,dapartediunsistemavivente,unareazionefavorevoleallasuapresenza

inunaspecificaapplicazione.

Lacaratterizzazionedeibiomaterialiedeidispositividestinatiaduncontattocon lorganismo,a

medio e lungo termine (fluidi biologici, tessuti e organi), non pu essere completa senza una

valutazionecircalalororispostabiologica.

2

Questa valutazione va condotta allo scopo di esaminare le prestazioni del biomateriale in

condizionisimiliaquelledellambientebiologico.

Labiocompatibilitdeidispositivi,equindiquelladeilorocomponenti,deveessereacquisitacon

certezza (testata e documentata) e poi approvata dagli organismi deputati (per esempio, FDA,

marchioCE,etc.)primadellacommercializzazioneedellutilizzoinambitoclinico.Questoquanto

prescritto dalle leggi nazionali ed internazionali che, in generale, richiedono la prova della

sicurezza ed efficacia nellutilizzo dei dispositivi medici in condizioni di lavoro realistiche. La

valutazione della biocompatibilit viene di norma condotta allinterno di centri di ricerca

accreditati, seguendo ben precise procedure e standard, facendo ricorso a strumentazione

particolareedapersonaleadeguatamenteaddestrato:difatto,questecondizionifannosche le

valutazionidi

biocompatibilit esulino dalle possibilit economiche e dalle priorit scientifiche dei gruppi di

ricercaedelleimpresedimediopiccoledimensioni.

1.1.1CLASSIFICAZIONE

Asecondadellanaturachimicaedellecaratteristichechenerendonoconvenienteleapplicazioni

mediche,esistonocinquecategoriedibiomateriali:

Metalli:impiegatiperdispositivibiomedici,trovanoapplicazioneanchenellafabbricazione

distrumentichirurgici,protesiortopediche,dentaliemezzidiosteosintesi.Graziealleloro

propriet biomeccanica, quali elevato modulo elastico, resistenza allo snervamento,

duttilitealtaresistenzaallafaticameccanica,siadattanobeneallasostituzioneditessuti

duri quali ossa e denti, prevenendo la fragilit e garantendo quelle performance

meccanichechecostituisconounrequisitoprimariodistrutturazione.Alcuniesempisonoil

ferro,cromo,cobalto,nichel,titanio,tantalio,tungstenoemolibdeno;data latossicitdi

alcuni,dovutaallalorocorrosioneinambientifisiologici(acquosoedaltamenteaggressivo)

con conseguente perdita dimateriale, sono state progettate diverse leghe in grado di

rallentareiprocessidegradativi.

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