Sviluppo di un dispositivo per colture cellulari 3D per analisi di citotossicità in vitro

The toxicity of antimicrobial surfaces is a scarcely researched topic and is mainly assessed through two-dimensional (2D) in vitro tests, which, however, provide poor predictions of the actual toxicity of materials, especially for metals and nanoparticles, as they do not consider their ability to penetrate tissues. To address this issue, this thesis develops and validates an innovative 3D cell culture device designed to assess the toxicity of metal surfaces. The device, manufactured using additive manufacturing techniques, enables cell growth in biomimetic hydrogel spheres. Its validation included morphological and mechanical characterization, stability in simulated medium, and cytocompatibility tests with different cell lines. The results showed high cell viability and a homogeneous cell distribution, confirming compatibility with various viability assays. The device was used for cytotoxicity tests on Bronze-G85 and copper substrates, with and without a cutin-based coating designed to reduce toxicity. The data obtained show a good correlation with results from 2D cultures, confirming the system’s suitability. These findings highlight the potential of the 3D model as an alternative to traditional tests, with possible applications in biomedical research and toxicity screenings

La tossicità delle superfici antimicrobiche è un tema poco studiato e si basa principalmente su test in vitro bidimensionali (2D), che però forniscono scarse previsioni sulla reale tossicità dei materiali, specialmente per metalli e nanoparticelle, poiché non tengono conto della loro capacità di penetrare nei tessuti. Per affrontare questa problematica, questa tesi sviluppa e valida un innovativo dispositivo 3D per colture cellulari, progettato per valutare la tossicità delle superfici metalliche. Il dispositivo, realizzato con tecniche di manifattura additiva, permette la crescita cellulare in sfere di idrogel biomimetico. La sua validazione ha incluso caratterizzazione morfologica e meccanica, stabilità in mezzo simulato e test di citocompatibilità con diverse linee cellulari. I risultati hanno mostrato un'elevata vitalità cellulare e una distribuzione omogenea delle cellule, confermando la compatibilità con diversi saggi di vitalità. Il dispositivo è stato usato per test di citotossicità su substrati di Bronzo-G85 e rame, con e senza un rivestimento a base di cutina, progettato per ridurre la tossicità. I dati ottenuti mostrano una buona correlazione con i risultati delle colture 2D, confermando l'idoneità del sistema. Questi risultati evidenziano il potenziale del modello 3D come alternativa ai test tradizionali, con possibili applicazioni nella ricerca biomedica e nei test di tossicità