Materials selection for an artificial cardiac tissue

A topic of great interest in the field of bioengineering is the development of artificial tissues and organs. Among these some researchers chose to focus on the cardiac muscle, with the goal of replicating a fully functional cardiac tissue that can perfectly emulate the unique actuation cycle of the natural organ. A fully developed synthetic heart would be a great step towards defeating cardiovascular diseases. This whole process starts with an in-depth analysis of suitable materials, able to replace myocardium, with great regard for natural actuation and mechanical parameters. Having considered all the main materials families, this work will focus solely on conductive polymers, the most promising candidates for the role of artificial cardiac tissue. Preliminary production processes were performed with (PANI)-Nylon 6 trying to obtain a fibrous membrane with a core-sheath structure of the fibers. PANI is one of the most commonly used conductive polymers in biological applications thanks to its biocompatibility and non-biodegradability, therefore making it an easy suggestion as electro mechanical actuator. in this thesis project fibers are obtained via electrospinning and they are structured as an internal core made of Nylon 6, working as a template for the following superficial deposition of a layer of polyaniline. Nylon 6 is chosen for its stability, great mechanical features and good durability, which should make it a long-lasting actuator. Nanofibers have peculiar mechanical and chemical properties that offer notable advantages compared to the macro material, such as higher resistance to mechanical stress, higher elastic modulus, a greater surface area and higher glass transition temperature.

Nell’ambito della bioingegneria, un tema di grande interesse riguarda lo sviluppo di tessuti e organi artificiali. Tra questi, la ricerca include anche la generazione di un tessuto cardiaco artificiale con lo scopo di emulare l’attuazione del cuore. Sviluppare un cuore totalmente sintetico sarebbe un grande passo in avanti nello sconfiggere alcune malattie del cuore e problemi cardiaci. Il primo obiettivo è la ricerca del miglior materiale per creare un miocardio artificiale con un’attuazione e parametri meccanici il più possibile simili a quelli del cuore naturale. Dopo un’analisi dei possibili materiali, qui si focalizza l’attenzione su polimeri conduttori, che risultano essere alcuni dei più promettenti candidati per il ruolo di tessuto cardiaco artificiale. All’interno di questa classe di materiali sono state eseguite prove preliminari di produzione di membrane fibrose di polianilina (PANI)-Nylon 6, con una struttura “core-sheath” delle fibre. PANI è uno dei polimeri conduttori più comunemente utilizzati in applicazioni biologiche per la sua biocompatibilità e non biodegradabilità, ed è stato proposto anche come attuatore elettromeccanico. Nello studio qui riportato, le fibre sono ottenute mediante electrospinning e sono costituite da un cuore interno di Nylon 6, che agiscono da template per la successiva crescita superficiale di uno strato esterno di polianilina. Il Nylon 6 è stato scelto l’ottima stabilità, le proprietà meccaniche e buona durabilità, che potrebbero garantire un attuatore duraturo. Le nanofibre hanno proprietà meccaniche e chimiche peculiari rispetto al macro materiale offrendo molti vantaggi come una più alta resistenza agli sforzi e un più alto modulo elastico, una miglior area superficiale e temperature di transizione vetrosa.