Progettazione e ottimizzazione di scaffold tubolari in fibroina della seta per la ricostruzione di vasi ematici di piccolo calibro

Cardiovascular diseases are the leading cause of mortality around the globe. Due to the increase in occlusive disorders involving peripheral arteries, an increase in the demand for small-diameter vascular graft (internal diameter < 6 mm) is recorded every year. The requirements for the replacement of small-caliber vessels are numerous, including mechanical properties similar to those of the native vessel, non-thrombogenicity, ability to regenerate the vascular tissue, biocompatibility, biodegradability, appropriate compliance, suturability and resistance to kinking. Among the natural polymers, silk fibroin has good mechanical properties, low in vivo degradation and good biocompatibility. In particular, it is also possible to use silk fibroin for the production of tubular scaffold for vascular applications. From the biomimetic point of view, nanofibrous scaffold are widely used thanks to the morphology similar to that of the natural extracellular matrix. Electrospinning is a method that allows to produce nanofibrous matrices. In the present thesis work, vascular scaffolds made of silk fibroin have been produced and optimized for the regeneration of small caliber vessels. After having realized graft in silk fibroin with a "standard" production process used by Silk Biomaterials s.r.l., the production set-up of a new generation of tubular scaffolds has been developed with the aim of improving the kinking resistance and the mechanical resistance, without compromising the compliance and the proven biocompatibility. The suitability of the structures produced for use as vascular grafts has been assessed through chemical-physical and morphological characterizations, through mechanical tests, as well as through preliminary tests of cellular interaction in vitro.

Le malattie cardiovascolari costituiscono una delle maggiori cause di mortalità al mondo. A causa dell’aumento di disturbi occlusivi che coinvolgono le arterie periferiche, ogni anno si registra un aumento della domanda per graft vascolari di piccolo diametro (diametro interno < 6 mm). I requisiti per la sostituzione di vasi di piccolo calibro sono numerosi, tra cui proprietà meccaniche simili a quelle del vaso nativo, non trombogenicità, capacità di rigenerare il tessuto vascolare, biocompatibilità, biodegradabilità, compliance simile a quella del vaso naturale, suturabilità, resistenza al kinking. Tra i polimeri naturali, la fibroina della seta possiede buone proprietà meccaniche, bassa degradazione in vivo e buona biocompatibilità. In particolare, è possibile utilizzare la fibroina della seta per la produzione di scaffold tubulari costituiti da nanofibre. Dal punto di vista biomimetico, sono ampiamente utilizzati scaffold nanofibrosi grazie alla similarità con le fibre che costituiscono la matrice extracellulare naturale. Tra le tecniche utilizzate per la produzione di matrici tubulari nanofibrose, l’elettrofilatura (o electrospinning) è una delle più utilizzate. Nel presente lavoro di tesi sono stati prodotti e ottimizzati scaffold vascolari in fibroina della seta per la rigenerazione di vasi di piccolo calibro. Dopo aver realizzato graft in fibroina della seta con un processo produttivo “standard” utilizzato da Silk Biomaterials s.r.l., è stato messo a punto il set-up produttivo di una nuova generazione di scaffold tubolari con lo scopo di migliorare la resistenza al kinking e la resistenza meccanica, senza comprometterne la compliance e la comprovata biocompatibilità. L’idoneità delle strutture prodotte ad essere utilizzate come graft vascolari è stata valutata attraverso caratterizzazioni chimico-fisiche e morfologiche, mediante prove meccaniche, oltre che con prove preliminari di interazione cellulare in vitro.