Design di un sistema di estrusione per la biofabbricazione di strutture a gradiente continuo.

i “output” — 2017/9/17 — 17:44 — page 1 — #1 i i i i i UNIVERSIT `A DI PISA

DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA DELL’INFORMAZIONE SCUOLA DI INGEGNERIA

CORSO DI LAUREA MAGISTRALE IN

INGEGNERIA BIOMEDICA

Design di un sistema di estrusione per la

biofabbricazione di strutture a gradiente continuo

Relatori

Candidato

Prof. Giovanni Vozzi

Consuelo Pizzimenti

Prof. Carmelo De Maria

13 Ottobre 2017

Anno Accademico 2016/17

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Indice

Scopo della tesi 1

1 Introduzione 2

1.1 Ingegneria tessutale e medicina rigenerativa . . . 2 1.1.1 sottoparagrafo . . . 5 2 Strumenti e software 6 2.1 titolo paragrafo . . . 6 2.1.1 titolo sottoparagrafo . . . 6 3 Progettazione e Realizzazione 7 3.1 titolo paragrafo . . . 7 3.1.1 titolo sottoparagrafo . . . 7

4 Materiali e Prove di validazione 8 4.1 titolo paragrafo . . . 8 4.1.1 titolo sottoparagrafo . . . 8

Conclusioni e sviluppi futuri 9

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Elenco delle figure

1.1 Principi base dell’ingegneria tessutale . . . 3

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Scopo della tesi

Qui scrivo lo scopo della mia tesi.

Capitolo 1

Introduzione

1.1

Ingegneria tessutale e medicina

rigenera-tiva

L’ingegneria tessutale `e stata definita un campo multidisciplinare in cui si uniscono conoscenze di ingegneria a quelle delle varie scienze, per creare sostituti biologici in grado di migliorare, riparare, o sostituire tessuti e/o or-gani danneggiati [1] . Inizialmente le tecniche chirurgiche venivano utilizzate per rimuovere i tessuti danneggiati; successivamente si `e passati allo sviluppo di nuove tecniche che hanno permesso di ripristinare le funzionalit`a dei tes-suti e degli organi. Nonostante il miglioramento delle procedure, il trapianto di tessuti e di organi soffre di molte limitazioni che ne riducono l’applicabi-lit`a. Il numero dei donatori, nonostante sia in costante aumento, non basta

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1.1 Ingegneria tessutale e medicina rigenerativa

a far fronte alle richieste. Inoltre, il paziente, sar`a costretto a sottoporsi a terapie immunosoppressive a vita, per evitare l’eventuale rigetto dell’organo. L’ingegneria tessutale prevede due diversi approcci: uno sostituivo ed uno istioconduttivo o istioinduttivo. Il primo ha lo scopo di costruire tessuti o organi ex vivo, analoghi a quelli utilizzati nei trapianti; il secondo, invece, si propone l’obiettivo di ottimizzare la struttura e i materiali, di origine natu-rale o sintetica, e di indurre la proliferazione cellulare in vivo, con l’ausilio di fattori di crescita altamente specifici e citochine. [2] L’ingegneria tessutale si riferisce quindi, ad una pratica che combina l’uso di scaffold, cellule e mole-cole biologicamente attive (Figura 1.1). Assume, allo stesso modo, un ruolo

Figura 1.1: Principi base dell’ingegneria tessutale

importante il concetto di medicina rigenerativa; essa include l’ingegneria dei

1.1 Ingegneria tessutale e medicina rigenerativa

tessuti ma comprende anche la ricerca sull’auto-guarigione, dove il corpo uti-lizza i propri sistemi e/o materiale di natura biologica, in modo da poter favorire la ricrescita del tessuto o dell’organo [3] Lo sviluppo di questa nuova “fabbrica di tessuti” apre le porte a nuove possibilit`a di cura, ad un miglio-ramento della qualit`a di vita dei pazienti, e soprattutto alla prospettiva di superare il problema relativo alla carenza di organi da trapiantare, ovviando, allo stesso tempo, ai rischi di rigetto [3]. Molte strategie usate nell’ingegneria tessutale dipendono dall’impiego di uno scaffold la cui traduzione letterale `e “impalcatura”. Uno scaffold `e una struttura che guida lo sviluppo di un tes-suto seguito da eventuale degradazione e formazione di matrice extracellulare (ECM) da parte delle cellule seminate. Esso ha un ruolo fondamentale anche se transitorio; deve fornire un supporto fisico in modo da favorire l’adesione delle cellule, la loro migrazione, crescita e differenziamento, ma al termine del processo deve essere completamente assorbito lasciando un tessuto neo-formato. Durante la progettazione di uno scaffold bisogna tener conto di vari requisiti; esso deve possedere appropriate propriet`a meccaniche, a seconda del tipo di tessuto da ingegnerizzare, un’opportuna porosit`a, con un alto tasso di interconnettivit`a tra i pori, e permeabilit`a, in modo da favorire il trasporto di sostanze nutrienti e di altri composti, e che stimoli le cellule [4] Uno dei fattori pi`u importanti nella loro creazione `e la scelta del biomateria-le impiegato per produrli. Materiali differenti verranno utilizzati a seconda del tipo di tessuto da ricreare e delle sue specifiche applicazioni. I

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1.1 Ingegneria tessutale e medicina rigenerativa

li devono inoltre essere biocompatibili e biodegradabili, in modo da essere riassorbiti simultaneamente alla crescita delle cellule, per essere sostituiti da nuovi tessuti in un tempo ragionevole, evitando cos`ı il rilascio di prodotti tossici per l’organismo. Le cellule necessarie per la semina e la colonizzazio-ne dello scaffold, idealmente potrebbero essere fornite dal paziente; si tratta di cellule differenziate, la cui proliferazione pu`o essere indotta in vitro. Ci`o permetterebbe di evitare una reazione immunitaria di rigetto del nuovo tessu-to ingegnerizzatessu-to; il problema relativo a queste cellule `e che possono andare incontro a dedifferenziazione [5]. Le vere armi della medicina rigenerativa e dell’ingegneria tessutale sono le cellule staminali, cellule non specializzate che possono dar luogo, attraverso un processo di differenziamento cellulare, a diversi tipi di cellule. Prima che esse vengano traslate dai laboratori di ricerca alla pratica clinica `e necessario indagarne alcuni aspetti critici come: la sicurezza a lungo termine, l’efficacia, la tollerabilit`a ed il potenziale can-cerogeno. L’ingegneria dei tessuti ha quindi una duplice sfida: individuare un supporto adatto contenente delle cellule in grado di sapersi orientare, in modo da formare strutture stratificate, e cercare di individuare e riprodurre quali siano le condizioni che favoriscano alle cellule di crescere, moltiplicarsi e differenziarsi nei vari tipi di tessuti [6].

1.1.1

sottoparagrafo

Capitolo 2

Strumenti e software

2.1

titolo paragrafo

2.1.1

titolo sottoparagrafo

i i i i i i

Capitolo 3

Progettazione e Realizzazione

3.1

titolo paragrafo

3.1.1

titolo sottoparagrafo

Capitolo 4

Materiali e Prove di validazione

4.1

titolo paragrafo

4.1.1

titolo sottoparagrafo

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Conclusioni e sviluppi futuri

Qui scrivo le conclusioni della mia tesi. Se devo inserire un elenco puntato faccio cos`ı:

• primo punto

• secondo punto

Se devo inserire un elenco numerato faccio cos`ı:

1. primo punto

2. secondo punto

Se devo inserire una formula matematica:

ρm =

M3

V (4.1)

M = ρm∗ V (4.2)

Bibliografia

[1] Robert Lanza, Robert Langer, and Joseph P Vacanti. Principles of tissue engineering. Academic press, 2011.