Studio e sviluppo di idrogeli polimerici per potenziali applicazioni biomedicali

Gli idrogeli sono costituiti da strutture tridimensionali polimeriche idrofile in grado di assorbire elevate quantità di acqua o fluidi biologici. Grazie alle loro caratteristiche di biocompatibilità, natura inerte, consistenza gommosa ed elevate capacità di rigonfiamento, gli idrogeli sono materiali ideali per numerose applicazioni biomedicali e in campo farmaceutico. Questi materiali sono impiegati come sistemi per il rilascio controllato di farmaci, in medicina rigenerativa, come lenti a contatto e bendaggi chirurgici, biosensori, attuatori e membrane adsorbenti. Gli idrogeli possono essere formati da omopolimeri o copolimeri e risultano insolubili grazie alla presenza di punti di reticolazione tra le macromolecole polimeriche. Gli idrogeli sono definiti permanenti o chimici se il network è caratterizzato dalla presenza di legami covalenti, mentre, vengono detti reversibili o fisici quando, tra le macromolecole sono presenti legami deboli. Questa ricerca si è focalizzata sullo studio di idrogeli di tipo fisico con struttura a multiblocchi costituiti da copolimeri poli(acrilonitrile-b-acrilammide) (PAN-b-PAM). Questi idrogeli sono stati ottenuti da una reazione di idrolisi acida di poli(acrilonitrile), in seguito alla quale, sequenze di unità acrilonitrile, rigide e idrofobe, vengono convertite in sequenze di unità acrilammide, flessibili e idrofile. In questa parte della ricerca, è stato studiato il processo di preparazione di questi idrogeli al fine di determinare l’effetto dei diversi parametri di reazione sulla composizione del copolimero. Obiettivo principale di questa ricerca è stata la progettazione e realizzazione di un impianto pilota per la produzione di idrogeli polimerici PAN-b-PAM. Con lo scopo di incrementare le proprietà di questi materiali e ampliare le loro potenziali applicazioni, oggetto di studio sono state inoltre possibili modifiche, fisiche e chimiche, di questi copolimeri. Uno dei punti deboli degli idrogeli è legato alle scarse proprietà strutturali di questi materiali quando si trovano nello stato rigonfiato. La preparazione di materiali multicomponente, come i nanocompositi, è uno degli approcci più innovativi impiegati per migliorare le proprietà meccaniche degli idrogeli. Sulla base di questa osservazione, sono stati preparati idrogeli nanocompositi contenenti diverse quantità di grafene ossido e l’effetto della nanocarica sulle proprietà dei materiali è stato analizzato. Un possibile diverso approccio per implementare la resistenza degli idrogeli è la preparazione di reticoli polimerici interpenetrati (IPN). Gli IPN sono materiali costituti da polimeri reticolati, nei quali un componente viene sintetizzato e/o reticolato in presenza dell’altro. Nell'ambito di questa ricerca, si sono sintetizzati e caratterizzati semi-IPN costituiti da copolimeri PAN-b-PAM e poli(acrilammide) chimicamente reticolata. Gli idrogeli possono essere impiegati come sistemi per il rilascio controllato di farmaci: modificando la struttura polimerica, la densità di reticolazione e le proprietà di rigonfiamento è possibile variare la cinetica di rilascio del farmaco inglobato nell’idrogelo. In questa parte della ricerca è stata analizzata la possibilità di impiegare idrogeli copolimerici PAN-b-PAM come sistemi per il rilascio di un farmaco modello. Le proprietà degli idrogeli li rendono materiali adatti per la crescita cellulare e la rigenerazione dei tessuti. Possono essere utilizzati con tecniche di prototipazione rapida che permettono l’ottenimento di strutture 3D complesse con dimensione e porosità predefinite. In questo lavoro è stata studiata l'applicazione di innovative tecniche di prototipazione per la preparazione di scaffold a base di idrogeli che possono essere impiegati per la riparazione tissutale.