Modifica superficiale delle nanofibre di policaprolattone mediante idrolisi e aminolisi: uno studio comparativo su caratteristiche strutturali, proprietà meccaniche e prestazioni cellulari

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 9434 (2023) Citare questo articolo

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L'idrolisi e l'aminolisi sono due dei principali metodi chimici comunemente usati per la modifica della superficie degli scaffold di ingegneria tissutale idrofobica. Il tipo di reagenti chimici insieme alla concentrazione e al tempo di trattamento sono i principali fattori che determinano gli effetti di questi metodi sui biomateriali. Nel presente studio, le nanofibre di poli (ℇ-caprolattone) (PCL) elettrofilate sono state modificate mediante idrolisi e aminolisi. Le soluzioni chimiche applicate per l'idrolisi e l'amminolisi erano rispettivamente NaOH (0,5–2 M) ed esametilendiammina/isopropanolo (HMD/IPA, 0,5–2 M). Sono stati predeterminati tre distinti punti temporali di incubazione per i trattamenti di idrolisi e aminolisi. Secondo i risultati della microscopia elettronica a scansione, i cambiamenti morfologici sono emersi solo nelle concentrazioni più elevate di soluzione di idrolisi (1 M e 2 M) e nella durata prolungata del trattamento (6 e 12 ore). Al contrario, i trattamenti di aminolisi hanno indotto lievi cambiamenti nelle caratteristiche morfologiche delle nanofibre PCL elettrofilate. Anche se l’idrofilicità superficiale delle nanofibre PCL è stata notevolmente migliorata attraverso entrambi i metodi, l’influenza risultante dell’idrolisi è stata comparativamente più considerevole. Come tendenza generale, sia l'idrolisi che l'aminolisi hanno comportato un moderato calo delle prestazioni meccaniche dei campioni PCL. L'analisi spettroscopica a dispersione di energia ha indicato cambiamenti elementari dopo i trattamenti di idrolisi e aminolisi. Tuttavia, i risultati della diffrazione dei raggi X, dell’analisi termogravimetrica e della spettroscopia infrarossa non hanno mostrato alterazioni evidenti in seguito ai trattamenti. Le cellule dei fibroblasti erano ben distribuite e mostravano una forma a fuso in entrambi i gruppi trattati. Inoltre, secondo il test del 3-(4,5-dimetiltiazol-2-il)-2,5-difeniltetrazolio bromuro (MTT), le procedure di trattamento superficiale hanno migliorato le proprietà proliferative delle nanofibre PCL. Questi risultati hanno rappresentato che i campioni nanofibrosi di PCL modificati mediante trattamenti di idrolisi e aminolisi possono essere considerati candidati potenzialmente favorevoli per applicazioni di ingegneria tissutale.

L'ingegneria dei tessuti è un approccio interdisciplinare che mira a migliorare la riparazione e/o la rigenerazione dei tessuti danneggiati applicando una combinazione di scaffold, cellule e agenti fisico-chimici e biochimici adeguati. Tra questi fattori, gli scaffold svolgono un ruolo cruciale nel processo di rigenerazione fornendo un substrato potenzialmente adatto affinché le cellule possano aderire, proliferare, differenziarsi, migrare e svolgere le funzioni desiderate1,2.

L'emergere dei nanomateriali ha rivoluzionato gli approcci dell'ingegneria tissutale grazie alle loro capacità intrinseche di sviluppare impalcature più desiderabili. Le nanostrutture sono materiali innovativi con caratteristiche personalizzate applicabili come impalcature e veicoli per la somministrazione di farmaci nelle applicazioni di ingegneria tissutale. Negli ultimi anni è stata sviluppata e valutata un'ampia gamma di nanostrutture per applicazioni di ingegneria tissutale3,4,5. Tra questi, le nanofibre elettrofilate sono state notate senza precedenti a causa di alcune proprietà uniche, come l'elevato rapporto superficie-volume, il mimetismo della matrice extracellulare nativa (ECM) e il potenziale di essere fabbricate da un'ampia gamma di materiali naturali, sintetici e polimeri semisintetici in diverse geometrie, morfologia e architetture6,7,8,9. Inoltre, possono essere caricati, incorporati e funzionalizzati da farmaci e da un'ampia varietà di agenti terapeutici durante o dopo il processo di fabbricazione10,11,12,13,14.

Gli scaffold nanofibrosi acquisiti da fonti polimeriche naturali hanno mostrato una promettente biocompatibilità, un rapido tasso di biodegradazione e interazioni favorevoli con le cellule. Tuttavia, queste strutture solitamente risentono della variazione da lotto a lotto del polimero di origine nonché delle scarse proprietà meccaniche dello scaffold risultante15,16. In alternativa, le nanofibre di alcuni polimeri sintetici (poliesteri), come l’acido poliglicolico (PGA), l’acido polilattico (PLA) e il poli (ε-caprolattone) (PCL) possono essere candidati utili per scopi di ingegneria tissutale. Ad esempio, le nanofibre ottenute da PCL, come poliestere lineare semicristallino, hanno un grande potenziale per rappresentare prestazioni meccaniche desiderabili insieme al corretto comportamento di biocompatibilità e biodegradazione17,18.