Carboxyl Surface Functionalization of Poly(L-lactic acid) Electrospun Nanofibers through Atmospheric Non-Thermal Plasma Affects Fibroblast Morphology

Un importante studio scientifico per il settore della Medicina Rigenerativa e della Tissue Engineering è stato portato a compimento attraverso la collaborazione di tre gruppi dell’Alma Mater Studiorum – Università di Bologna: il Gruppo Applicazioni Industriali dei Plasmi del Prof. Vittorio Colombo (Dipartimento di Ingegneria Industriale e Centro Interdipartimentale di Ricerca Industriale – Meccanica Avanzata e Materiali), il Gruppo di Macromolecole della Prof.ssa Maria Letizia Focarete (Dipartimento di Chimica “G. Ciamician”) e il laboratorio NeuroTransMed del Centro Interdipartimentale di Ricerca Industriale – Scienze della Vita e Tecnologie per la Salute diretto dalla Prof.ssa Laura Calzà.

Nel settore in continua evoluzione della Tissue Engineering l’interesse scientifico è fortemente rivolto alla ricerca di biomateriali in grado di interagire con le cellule del tessuto vivente che si vuole ricostruire, riproducendo la complessa struttura della matrice extracellulare, in termini di proprietà topografiche, caratteristiche meccaniche e composizione chimica, in modo da stimolare risposte controllate da parte del sistema biologico.

Gli scaffold ottenuti mediante processo di electrospinning sono i candidati ideali per la produzione di tessuti artificiali poiché biomimetici, dal punto di vista della struttura, della matrice extracellulare di diversi tessuti e organi. Tuttavia al fine di migliorarne la biocompatibilità e la biointegrazione, una modifica delle chimica superficiale del materiale risulta spesso necessaria. Tra le varie tecniche esistenti per la modifica e funzionalizzazione dei biomateriali, il trattamento mediante plasma non-termico è un processo solvent-free in grado di consentire una modifica fisica e chimica uniforme della superficie dello scaffold senza alterazioni delle proprietà di bulk. Mentre la tecnologia dei plasmi non termici a bassa pressione per la modifica di materiali polimerici risulta ormai consolidata, l’interesse è attualmente rivolto verso l’innovativa tecnologia dei plasmi non termici a pressione atmosferica per la significativa riduzione dei costi e semplificazione del processo che la caratterizzano.

Il lavoro, gemmato dal fruttuoso rapporto di collaborazione tra i tre gruppi di ricerca dell’Alma Mater Studiorum-Università di Bologna, è stato finalizzato alla investigazione degli effetti derivanti dalla funzionalizzazione mediante plasma non termico a pressione atmosferico di scaffold polimerici in acido polilattico (PLLA). I substrati polimerici, prodotti mediante processo di electrospinning, sono stati sottoposti al trattamento con plasma non termico a pressione atmosferica generato da una sorgente di tipo Linear Corona alimentata in azoto e operata in aria ambiente. I test termo-meccanici effettuati hanno dimostrato la non alterazione delle proprietà meccaniche e strutturali del substrato in seguito al trattamento plasma, mentre i test cellulari, finalizzati a verificare l’efficacia degli scaffold trattati plasma per applicazioni biomedicali, sono stati effettuati utilizzando fibroblasti embrionali murini ed hanno evidenziato una biocompatibilità dello scaffold trattato notevolmente maggiore rispetto al non trattato, lasciando quindi intendere l’importanza della modifica chimica operata dal trattamento plasma per il trattamento di biomateriali da impiegare in medicina rigenerativa.

Il lavoro scientifico è pubblicato sul numero 3 della rivista internazionale Plasma Processes and Polymers nel 2014 (Plasma Process. Polym. 3, 203-213 (2014)) ed una serie di immagini tratte dal lavoro costituiscono la copertina di quel numero (link).

La rivista internazionale Plasma Processes and Polymers (©2013 Wiley-VCH, Impact Factor 3.73) è considerata un punto di riferimento per la pubblicazione di articoli scientifici con peer-review nell’ambito dei processi al plasma per il trattamento di materiali. La rivista include contributi sperimentali e teorici di ricerca di base e applicata che sono il risultato di competenze fortemente interdisciplinari attinenti la scienza dei materiali, la fisica, la chimica, l’ingegneria e le scienze mediche. A testimonianza dell’importanza della rivista per la comunità scientifica operante nel settore dei processi al plasma sono la composizione internazionale del comitato editoriale, che include alcuni tra i maggiori esperti di settore, e la partecipazione della rivista come sponsor alle principali conferenze internazionali di settore (International Conference of Plasma Surface Engineering – PSE, International Symposium on Plasma Chemistry – ISPC).