- Tridimensional Devices Based on Biopolymers and Carbon Nanotubes for Tissue Regeneration
- Cok, Michela
Subject
- biopolimeri
- nanotubi di carbonio
- rigenerazione tissutale
- hydrogel
- proprietà meccaniche
- SCUOLA DI DOTTORATO DI RICERCA IN SCIENZE E TECNOLOGIE CHIMICHE E FARMACEUTICHE
- CHIM/06 CHIMICA ORGANICA
Description
- 2012/2013
- Durante il corso degli ultimi anni, il campo delle nano strutture a base carboniosa sta ricevendo sempre più attenzione grazie alle loro peculiari caratteristiche chimiche e fisiche che le hanno rese buoni candidati per l’utilizzo nell’ambito biomedico. Nonostante dati scientifici contrastanti riguardo alla questione di potenziale tossicità, molti studi stanno invece dimostrando la biocompatibilità di diverse forme di nano strutture di carbonio (soprattutto dopo funzionalizzazione chimica) e la loro capacità di sostenere la crescita e la proliferazione di cellule e tessuti complessi. Per queste ragioni, il campo dell'ingegneria tissutale è sempre più attratto dalla progettazione e fabbricazione di materiali o dispositivi basati su nanomateriali conduttivi. I nanotubi di carbonio (CNTs), per esempio, vengono ampiamente studiati per l’applicazione in molti campi della ricerca grazie alle loro caratteristiche elettroniche, meccaniche e chimiche. Essi possiedono infatti caratteristiche importanti quali la flessibilità, resistenza meccanica e conducibilità elettrica. Inizialmente, l'impiego di nanotubi di carbonio in sistemi biologici è stato limitato a causa della loro scarsa solubilità e la presenza di impurità metalliche tossiche. I recenti sviluppi nello studio di queste nanostrutture hanno migliorato notevolmente la purezza e la biocompatibilità di questo materiale nanostrutturato. Per quanto riguarda le applicazioni biomediche, il loro uso sta diventando sempre più rilevante nella ricerca delle neuroscienze e dell’ingegneria tissutale. Durante questo lavoro di tesi sono stati presi in considerazione questi due rami della ingegneria tissutale. Per quanto riguarda la rigenerazione del tessuto neuronale, innanzitutto lo stato dell'arte e il progresso dell'attività di ricerca sono stati presentati e descritti. Una particolare attenzione è stata puntata sui risultati ottenuti dal nostro gruppo in collaborazione con la Prof.ssa Ballerini in termini di effetto dei nano tubi di carbonio sull'attività neurale. Nel capitolo 4, lo sviluppo di un dispositivo basato biopolimerico -f - CNT grado di supportare e stimolare la crescita e la comunicazione di nervoso complesso sarà descritto. Anche il ruolo di CNT nel tessuto campo rigenerazione ossea è stato preso in considerazione durante questo lavoro di tesi e la descrizione dei risultati ottenuti negli ultimi anni è stata riassunta e riportata. Per quanto riguarda la parte sperimentale del lavoro svolto durante il dottorato, nel capitolo 5 sarà descritto l'indagine di screening riguardante il ruolo di nano tubi di carbonio caratterizzati da differenti tipi di funzionalizzazione all’interno della matrice polimerica di un sistema idrogel largamente impiegato in questo campo in termini di proprietà meccaniche e tossicità cellulare. Nella sezione riguardante i materiali e i metodi impiegati, è stato approfondito l’aspetto legato alle tecniche di caratterizzazione meccanica dei materiali studiati (reologia, test di compressione meccanica e NMN a basso campo). Abbiamo ritenuto opportuno approfondire questi aspetti poiché nell’ambito della scuola di dottorato in Scienze e Tecnologie Chimiche e Farmaceutiche tali tecniche non sono spesso impiegate.
- Carbon Nanostructures (CNSs) have been receiving increasing attention during the last years for their unique physical and chemical characteristics that made these structures good candidate for their use for neurological and tissue engineering applications. Although the current scientific data have shown conflicting results about potential nano-toxicity of CNSs, many studies are pointing out the biocompatibility of several forms of CNSs (especially in functionalized form) and their ability to support growth and proliferation of cells like neurons and osteoblasts. For these reasons, the field of tissue engineering is more and more attracted by the design and fabrication of materials or devices based on conductive nanomaterials. Carbon nanotubes (CNTs), for example, have been widely used in many fields due to their electronic, mechanical and chemical characteristics. They possess important characteristics such as flexibility, mechanical strength and electrical conductivity. Initially, the use of CNTs in biological systems was limited due to their poor solubility and the presence of toxic metallic impurities. More recently, the developments in the study of these nanostructures have improved the purity and biocompatibility of CNT materials. Concerning the biomedical applications, their use is becoming relevant in neuroscience research and tissue engineering. During this thesis work these two branches of the tissue engineering have been taken into account. Concerning the neuronal tissue regeneration, first of all the state of the art and the progress of the research activity have been presented and described. A special attention has been pointed on the results obtained by our group in collaboration with Prof. Ballerini’s in terms of effect of CNTs on the neural activity. In the chapter 4, the development of a f-CNTs-based biopolymeric device able to support and boost the growth and the communication of complex nervous will be described. Also the role of CNTs in the bone tissue regeneration field has been investigated and the description of the results obtained during the last years has been reported. Regarding the experimental part of the work done during my PhD, in the chapter 5 will be described the screening investigation of the role of CNTs functionalized through different reaction in the polymeric matrix of a hydrogel system largely employed in this field in terms of mechanical properties and cellular toxicity. In the materials and methods chapter, a description of mechanical tests and the related theories is present (Rheology, compression test and low field NMR rhelaxometry). It has been useful to describe these techniques since these technique are not frequently employed in the “environment” of the Chemical and Pharmaceutical Sciences and technologies PhD school.
- XXVI Ciclo
- 1985
Date
- 2014-10-17T09:29:29Z
- 2014-10-17T09:29:29Z
- 2014-04-11
Type
- Doctoral Thesis
Format
- application/pdf
Identifier
urn:nbn:it:units-13278