Matrici elettrofilate in PCL per la sostituzione di vasi ematici di piccolo calibro

In recent decades, the phenomena of arteriosclerosis and peripheral arterial pathologies are increasing, causing worldwide mortality rates of around 25% [2]. To treat these diseases, the therapeutic options in use are bypass techniques and the use of donor tissues. However, these techniques are invasive and do not allow an adequate request / availability ratio [3]. For this reason the demand for small-caliber vascular prostheses (diameter <6 mm) is increasing more and more. In this thesis work, a multi-layer matrix of electrospun PCL is studied for the replacement of small-caliber blood vessels. In the first steps of creating the vascular prosthesis, the electrophilic solution was optimized by choosing it from solutions with different concentrations of PCL. The electrospinning parameters were changed, such as tension, flow rate and spinneret-collector distance to obtain macroscopically homogeneous matrices on a flat collector. Electrospun matrices at different macroscopically homogeneous PCL concentrations were analyzed by SEM. From these analyzes we analyzed the fiber diameter, the percentage porosity and the presence of defects such as beads. The matrix made with PCL 12% w / v solution was the only one without the presence of defects and with nanometer-sized fibers. With this solution, an electrospinning test was also performed on a rotating mandrel to verify that the size of the electrospun fibers of these matrices was appropriate and that the matrices had a preferential orientation of the fibers. From these electrospinning tests matrices were obtained with preferential orientation of the fibers and a diameter of the nanometric fibers without the presence of defects. Therefore the single solution and the multi-layer matrix have been electro-bonded. The single-layer matrix with random fibers was electrospun on a flat collector while the matrices with aligned fibers were electrospun on a cylindrical collector. The multi-layer matrix, on the other hand, was product electrospinning in series the 3 layers of which it is composed: PCL with vertically aligned fibers (cylindrical collector), PCL with random fibers (flat collector) and PCL with horizontally aligned fibers (cylindrical collector). The electrospun matrices have been mechanically characterized by traction. The single-layer matrices have shown different mechanical characteristics due to the different orientation of the fibers (vertical, random and horizontal): the matrix with vertically aligned fibers has greater mechanical characteristics than the other two matrices. The mechanical characteristics of the multi-layer electrospun matrix confirm that the matrix has good mechanical characteristics similar to those found in natural human vessels, with an adequate elastic modulus and deformation at break. For this reason, the multi-layer matrix in PCL 12% p / v electrospun, with topography of the fibers that mimic the morphology of the natural fabric making the matrix biomimetic, has good mechanical properties for the application.

Negli ultimi decenni, i fenomeni di arteriosclerosi e le patologie arteriose periferiche stanno aumentando causando tassi di mortalità a livello mondiale attorno al 25% della popolazione [2]. Per trattare queste patologie, le opzioni terapeutiche in uso sono le tecniche di bypass e l’utilizzo di tessuti da donatore. Queste tecniche, però, sono invasive e non permettono un adeguato rapporto richiesta/disponibilità [3]. Per questo motivo la richiesta di protesi vascolari di piccolo calibro (diametro < 6 mm) sta aumentando sempre di più. In questo lavoro di tesi viene studiata una matrice multi-strato di PCL elettrofilato per la sostituzione di vasi ematici di piccolo calibro. Nei primi step di realizzazione della protesi vascolare, è stata ottimizzata la soluzione da elettrofilare scegliendola tra soluzioni a diverse concentrazioni di PCL. Sono stati variati i parametri di elettrofilatura come tensione, portata e distanza spinneret-collettore per ottenere delle matrici macroscopicamente omogenee su collettore piano. Le matrici elettrofilate alle diverse concentrazioni di PCL macroscopicamente omogenee sono state analizzate al SEM. Da queste analisi si sono analizzati il diametro delle fibre, la porosità percentuale e la presenza di difetti come beads. La matrice realizzata con soluzione di PCL 12%p/v è stata l’unica senza la presenza di difetti e con fibre di dimensione nanometrica. Con questa soluzione, è stata svolta anche una prova di elettrofilatura su mandrino rotante per verificare che la dimensione delle fibre elettrofilate di queste matrici fosse opportuna e che le matrici avessero un orientamento preferenziale delle fibre. Da queste prove di elettrofilatura si sono ottenute matrici con orientamento preferenziale delle fibre e un diametro delle fibre nanometrico senza la presenza di difetti. Scelta, quindi, la soluzione ottimale sono state elettrofilate le matrici singolo-strato e la matrice multi-strato. La matrice singolo-strato con fibre random è stata elettrofila su collettore piano mentre le matrici con fibre allineate sono state elettrofilate su collettore cilindrico. La matrice multi-strato, invece, è stata elettrofilata elettrofilando in serie i 3 strati che la compongono: PCL con fibre allineate verticalmente (collettore cilindrico), PCL con fibre random (collettore piano) e PCL con fibre allineate orizzontalmente (collettore cilindrico). Le matrici elettrofilate sono state caratterizzate meccanicamente a trazione. Le matrici singolo-strato hanno mostrato caratteristiche meccaniche diverse dovute alla diversa orientazione delle fibre (verticale, random e orizzontale): la matrice con fibre allineate verticalmente possiede maggiori caratteristiche meccaniche rispetto alle altre due matrici. Le caratteristiche meccaniche della matrice multi-strato elettrofilata confermano che la matrice ha buone caratteristiche meccaniche simili a quelle riscontrate nei vasi naturali umani, con un modulo elastico e una deformazione a rottura adeguati. Per questo motivo, la matrice multi-strato in PCL 12 %p/v elettrofilata, con topografia delle fibre che mimano la morfologia del tessuto naturale rendendo la matrice biomimetica, possiede buone proprietà meccaniche per l’applicazione.