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BIaxial STRETCHing of PLLA-WS2 nanocomposites FOR thinner and stronger BIOMEDical scaffolds

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Gli stent di metallo per pazienti affetti da cardiopatia coronarica sono destinati a diventare un pezzo chirurgico da museo

L’intervento coronarico percutaneo naturale è a un passo da un massiccio incremento di innovazione. Il catalizzatore: impalcature temporanee per aprire un’arteria coronaria occlusa che scompaiono una volta che l’arteria guarisce.

Salute

Gli stent cardiaci sono generalmente fatti di maglie metalliche e aiutano a prevenire nuove occlusioni dell’arteria coronaria. Tuttavia essi rimangono per sempre nell’arteria causando conseguenze terribili nel lungo periodo, come le trombosi tardive da stent. Le impalcature vascolari bio-assorbibili sono pronte a rimpiazzare gli stent metallici grazie ai loro risultati clinici eccellenti. Il progetto Bi-Stretch-4-Biomed, finanziato dall’UE, ha risposto al bisogno di impalcature vascolari bio-assorbibili più sottili e resistenti: «Oltre a tenere il vaso aperto durante i sei mesi successivi all’intervento, l’impalcatura vascolare bio-assorbibile lascia il vaso sanguigno sano dopo essere scomparsa, dato che viene completamente assorbita dal corpo circa due-tre anni dopo l’intervento», spiega la coordinatrice del progetto congiunto Fulvia Villani.

Pro e contro di un nuovo materiale proposto

Benché il poli(acido L-lattico), noto come PLLA, sia stato approvato clinicamente per la costruzione di impalcature vascolari bio-assorbibili, esso presenta dei problemi per il chirurgo. Non essendo forte e resistente come i metalli, l’impalcatura risulta tre volte più sottile degli stent di metallo, rendendo ai chirurghi più difficile muoverla attraverso le arterie per raggiungere il sito della lesione. «Impalcature più sottili, visibili tramite imaging radiografico durante un intervento chirurgico, faciliterebbero l’adozione della tecnologia e sarebbero un beneficio per migliaia di pazienti in tutto il mondo», spiega Villani. Il team del progetto Bi-Stretch-4-Biomed ha approfondito il rafforzamento del poli(acido L-lattico) con dei nanotubi di disolfuro di tungsteno (WS2) per raggiungere sia la forza che l’opacità richiesta dai raggi X.

Risultati incoraggianti per il nuovo nanocomposito

Per sviluppare i nanocompositi di poli(acido L-lattico) e disolfuro di tungsteno adatti agli impianti biomedici di seconda generazione i ricercatori hanno testato il materiale a fronte di una forte deformazione, così come in un tubo di espansione o in estensione biassiale. Essi hanno inoltre fornito i parametri dei materiali per modellare le proprietà meccaniche dei nanocompositi di poli(acido L-lattico) e disolfuro di tungsteno. In parallelo, gli scienziati hanno testato in vitro la biocompatibilità dei soli nanotubi di disolfuro di tungsteno e dei nanocompositi di poli(acido L-lattico) e disolfuro di tungsteno come materiali innovativi per una nuova generazione di impalcature vascolari bio-assorbibili sicura da impiantare. I risultati hanno fatto emergere che l’aggiunta di disolfuro di tungsteno ha rinforzato la matrice polimerica del poli(acido L-lattico). È importante notare che una quantità di disolfuro di tungsteno relativamente piccola (0,1 % di peso rispetto al PLLA) favorisce drasticamente la cristallizzazione orientata, che può facilitare la produzione di impalcature vascolari bio-assorbibili con maggiore forza e un profilo più sottile. Allo scopo di monitorare i cambiamenti morfologici a livello molecolare nei tubi di poli(acido L-lattico) e disolfuro di tungsteno (che saranno poi tagliati a laser in impalcature), Bi-Stretch-4-Biomed ha sviluppato uno strumento specificamente concepito per imporre ai tubi di poli(acido L-lattico) e disolfuro di tungsteno una deformazione biassiale che riproduce la fase di costruzione del tubo di espansione delle impalcature vascolari bio-assorbibili). Gli esperimenti si sono svolti presso una sorgente di luce di sincrotrone nel laboratorio nazionale di Argonne negli Stati Uniti. Gli studi sulla citotossicità hanno mostrato che i nanotubi di disolfuro di tungsteno e i nanocompositi di poli(acido L-lattico) e disolfuro di tungsteno sono ben tollerati in vitro da cellule umane selezionate; ciò costituisce un risultato promettente per la sicurezza delle impalcature di poli(acido L-lattico) e disolfuro di tungsteno.

Un elemento di sorpresa: l’impegno delle persone

Il sostegno finanziario al progetto è stato fornito nell’ambito dello programma Marie Skłodowska-Curie per lo scambio di personale di ricerca e innovazione (RISE). Come parte integrante del suddetto programma, tutti i partner erano tenuti a visitare i siti delle loro controparti: «Ogni partner ha dato pieno supporto per compensare i costi: dall’accoglienza dei visitatori alla fornitura degli strumenti necessari per lo sviluppo di attività di ricerca congiunte, un gesto che ha facilitato gli scambi», sottolinea Villani. «La vera sorpresa non è stata l’implementazione tecnica del progetto ma ciò che aveva a che fare con la vita reale delle persone coinvolte, che hanno dovuto viaggiare tra Stati Uniti ed Europa per periodi di tempo relativamente lunghi», evidenzia Tiziana di Luccio, coordinatrice del progetto per i primi due anni. Entrambe le coordinatrici sono pienamente d’accordo sul fatto che il consolidato lavoro di rete è diventato un trampolino di lancio per le collaborazioni con istituzioni accademiche e industrie che si occupano principalmente di biomedicina. Il prossimo passo sarà orientare le conoscenze verso ulteriori indagini sui test in vivo del nuovo materiale e altre fasi della produzione di impalcature vascolari bio-assorbibili. I partner monitorano ora nuovi bandi per finanziare la ricerca futura.

Parole chiave

Bi-Stretch-4-Biomed, poli(acido L-lattico), poli(acido L-lattico)-disolfuro di tungsteno, stent, impalcature vascolari bio-assorbibili, impianto

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