Nanocomposite systems based on metal nanoparticles and polysaccharides for biomedical applications

Questo lavoro riguarda lo sviluppo di materiali nanocompositi per applicazioni biomediche e si configura allࢠinterno del progetto europeo ࢠNewboneࢠ(EU-FP6); in particolare, lo scopo principale della tesi era realizzare un rivestimento biocompatibile e dotato di proprietàƒÂ  antibatteriche per protesi ortopediche. Sono stati preparati sistemi nanocompositi basati su un polisaccaride derivato dal chitosano (Chitlac) che permette di ottenere soluzioni colloidali di nanoparticelle (argento e oro) con proprietàƒÂ  antibatteriche. Parallelamente, àƒ¨ stato studiato un particolare meccanismo chimico di riduzione degli ioni argento ad opera dei residui di lattitolo del Chitlac; le proprietàƒÂ  ottiche delle nanoparticelle ottenute attraverso questo meccanismo sono state valutate attraverso spettroscopia Raman, evidenziando la possibilitàƒÂ  di avere un incremento del segnale grazie al verificarsi dellࢠeffetto SERS. Essendo state riscontrate migliori proprietàƒÂ  biologiche del sistema a base di argento (Chitlac-nAg) rispetto a quello a base di oro in termini di efficacia antimicrobica e biocompatibilitàƒÂ , Chitlac-nAg àƒ¨ stato scelto per i successivi studi di realizzazione del rivestimento per la protesi. Test sul meccanismo antimicrobico della soluzione ChitlacnAg hanno dimostrato lࢠinterazione tra le nanoparticelle e la membrana batterica. Allo stesso tempo, poichàƒ© la mancanza di barriere fisiche puàƒ² favorire la diffusione delle nanoparticelle allࢠinterno delle cellule eucariote con rischio di effetti citotossici causati dalla loro internalizzazione, si àƒ¨ voluto realizzare delle strutture tridimensionali a base di Chitlac in grado di intrappolare le nanoparticelle. A questo scopo, sono state sfruttate le proprietàƒÂ  di gelificazione del polisaccaride alginato in modo da ottenere un sistema semi-solido in miscela con Chitlac-nAg; il materiale ottenuto possiede marcate proprietàƒÂ  antibatteriche senza peràƒ² risultare tossico per le cellule eucariote, come dimostrato da test in vitro e in vivo. Questo risultato àƒ¨ particolarmente importante in relazione allo stato dellࢠarte sullࢠargomento. Poichàƒ© la parte portante della protesi àƒ¨ costituita da un polimero metacrilico, al fine di rivestire questo materiale di substrato àƒ¨ stata messa a punto una tecnica basata sullࢠattivazione della superficie e successiva deposizione del rivestimento a base di Chitlac. Questa tecnica permette di ottenere un rivestimento nanocomposito costituito da nanoparticelle di argento incorporate nella matrice di Chitlac. Grazie a questo strato bioattivo la superficie della protesi acquisisce unࢠefficace attivitàƒÂ  antibatterica che si manifesta quando i batteri entrano in diretto contatto con il materiale. Inoltre, test in vitro hanno dimostrato che le cellule eucariote aderiscono e proliferano sul rivestimento nanocomposito, suggerendo quindi una buona integrazione del materiale nei tessuti attorno allࢠimpianto. La combinazione di tali proprietàƒÂ  ha determinato la scelta di questo rivestimento per il test in vivo su ࢠminipigࢠa conclusione del progetto europeo: questo test àƒ¨ al momento in via di svolgimento e da esso ci si puàƒ² attendere una conferma degli incoraggianti risultati ottenuti dagli studi in vitro.