Micro- e nano-fibre di seta per la rigenerazione tissutale
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- Francesco Ferri
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1 Micro- e nano-fibre di seta per la rigenerazione tissutale Giuliano Freddi Innovhub Stazioni Sperimentali per l Industria Divisione Stazione Sperimentale per la Seta Milano LE INNOVAZIONI DEL PROSSIMO FUTURO TECNOLOGIE PRIORITARIE PER L'INDUSTRIA Presentazione della VIII edizione (2012), AIRI Mercoledì 30 gennaio 2013 Palazzo Turati - Sala Conferenze Via Meravigli 9/B, Milano 1
2 INDICE 2
3 1. La seta: biopolimero di interesse medicale Bombyx mori Bozzolo Sericina Sgommatura Fibre di seta Fibroina Caratteristiche: Eccellenti proprietà meccaniche Ottima biocompatibilità Biodegradabilità (modulabile) Possibilità di produrre diversi tipi di biomateriali 3
4 1. Vari tipi di biomateriali in seta Bozzolo Sgommatura Microfibre Tessitura Treccia Strutture tessili: 1 Ortogonali Maglia Treccia Solubilizzazione 2 Membrana Idrogelo Spugna Nanofibre 4
5 INDICE 5
6 2. Dispositivo in seta per il legamento crociato anteriore Problematiche mediche: Elevata frequenza di rottura (1/3000 in USA) Riparazione spontanea impossibile Approccio attuale: impianto autologo Il legamento in seta: Struttura gerarchica Combinazione di tecnologie (treccia/maglia) Requisiti da soddisfare: o Prestazioni meccaniche ( legamento naturale) o Porosità (per permettere l infiltrazione delle cellule e la deposizione di un nuovo tessuto legamentoso) braided core knitted shell Brevetto: EP (A1)
7 2. Dispositivo in seta per il legamento crociato anteriore Morfologia Proprietà meccaniche Biocompatibilità in vitro Diametro: 8 mm (6-10 mm; simile al legamento naturale) Proprietà meccaniche: o Carico: N (carico fisiologico: N) o Test a fatica: 1 anno di resistenza carico fisiologico (400 N) Biocompatibilità in vitro (UNI EN ISO 9001:2008) o Test di citotossicità: negativo o Test di genotossicità: negativo o Test di irritazione cutanea: negativo o Le cellule aderiscono al dispositivo e lo colonizzano 7
8 2. Dispositivo in seta per il legamento crociato anteriore Test pre-clinici in vivo su modello animale Modello animale: pecora Tempo: 3 6 mesi 6 animali/gruppo Gruppo di controllo: impianto autologo Gruppo sperimentale: legamento in seta Caratterizzazione istologica Caratterizzazione meccanica 8
9 2. Dispositivo in seta per il legamento crociato anteriore Risultati della sperimentazione pre-clinica in vivo: o Caratterizzazione istlogica a 6 mesi Caratterizzazione meccanica: in corso Prossimi sviluppi: Formazione e deposizione di un tessuto fibro-vascolare ben organizzato tra le fibre di seta Rimodellazione ossea completata o Test clinici o Certificazione CE Presenza di cellule nel tessuto fibro-vascolare che presenta fibre orientate nella direzione di carico Formazione di tessuto neolegamentoso Presenza di numerosi collegamenti in collagene (Sharpey-like fibres) tra l osso e il tessuto fibrovascolare Inizio della rigenerazione del legamento 9
10 INDICE 10
11 3. Dispositivo tubolare in seta per vasi sanguigni di piccolo calibro Malattie dei vasi di piccolo calibro (< 6mm): Stenosi (occlusione parziale o totale) Aneurisma (rigonfiamento e possibile rottura) Stato dell arte: Impianto autologo (vena safena, ombelicale, ) Non esistono protesi artificiali efficienti per piccoli vasi (aterosclerosi, trombogenesi,...) Requisiti da soddisfare: Funzionare come un vaso naturale (resistenza alla pressione sanguigna) Permettere la rigenerazione di un nuovo vaso sanguigno funzionale Gore-Tex 11
12 3. Dispositivo tubolare in seta per vasi sanguigni di piccolo calibro Elettrofilatura Alimentatore + Siringa Spinneret Concentrazione polimero: 7.5% w/v in acido formico Collettore = tubo in acciaio (Ø = mm) ω = 3000 rpm Voltaggio = 24 kv Distanza = 10 cm Flusso = 1 ml/h Tempo = 2 ore V Flusso polimerico Collettore ω (Ø = mm) (Lunghezza = cm) 12
13 3. Dispositivo tubolare in seta per vasi sanguigni di piccolo calibro Morfologia Proprietà meccaniche Biocompatibilità in vitro Heart beat mm Hg relax Diametro delle nanofibre: 700 nm Proprietà meccaniche: o Pressione di scoppio: 576 ± 17 mm Hg o Compliance: 3,5 ± 0.4 ( %/mm Hg*10-2 ) Interazione cellulare in vitro : o Le cellule aderiscono alle nanofibre o Ottima vitalità cellulare o Il dispositivo è completamente colonizzati Current clinical solutions Compliance: measure of the tendency of a hollow organ to resist recoil toward its original dimensions upon removal of a distending or compressing force. 13
14 3. Dispositivo tubolare in seta per vasi sanguigni di piccolo calibro Test in vivo Modello animale: ratto Impianto nell aorta addominale Tempo: 7-30 giorni Assenza di difetti circolatori Sviluppi futuri: Sperimentazione pre-clinica in Istologia: (a) o Formazione di neointima vivo (a) su modello animale SF o Presenza di fibre di elastina (b) SF (a) (b) 14
15 Ringraziamenti Collaborazioni: Enti finanziatori: 15
16 Micro- e nano-fibre di seta per la rigenerazione tissutale Giuliano Freddi Innovhub Stazioni Sperimentali per l Industria Divisione Stazione Sperimentale per la Seta Milano LE INNOVAZIONI DEL PROSSIMO FUTURO TECNOLOGIE PRIORITARIE PER L'INDUSTRIA Presentazione della VIII edizione (2012), AIRI Mercoledì 30 gennaio 2013 Palazzo Turati - Sala Conferenze Via Meravigli 9/B, Milano 16
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