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Introduzione La k-carragenina (kC) è un poligalattano solfato ottenuto da alghe rosse con un contenuto di estere-solfato dal 25 al 30% e una peso molecolare medio ben superiore a 100 kDa. È formato da unità alternate di D-galattosio e 3,6-anidro-galattosio (3,6-AG) unite da legami α-1,3 e β-1,4-glicosidici. [1] Il kC assomiglia ai glicosaminoglicani (GAG) che sono i costituenti centrali dei tessuti connettivi, può essere quindi studiato per produrre scaffold per l'ingegneria tissutale. Il kC è solubile in acqua a temperature superiori a 60 °C e può formare gel stabili raffreddandosi. Le reti di kC sono forti, fragili e l'assenza di porosità interconnesse può limitare la colonizzazione dell'impalcatura da parte delle cellule e l'accesso di nutrienti e ossigeno. Le miscele di kC con altri polimeri più resistenti, come l'alcol polivinilico (PVA), possono migliorarne le proprietà meccaniche e creare porosità.[2] Gli idrogeli sono spesso usati come bio-inchiostri per i processi di stampa 3D che mirano a ricostruire la matrice extracellulare di tessuti relativamente molli. La possibilità di stampare parti del corpo danneggiate o mancanti sulla base di un disegno assistito da computer (CAD) promette la realizzazione di strutture specifiche per il paziente. [3] Le proprietà fisico-chimiche e biologiche dell'idrogelo devono essere armonizzate con il comportamento viscoelastico della formulazione durante e dopo l'estrusione dall'ugello di stampa. Gli idrogel reticolati fisicamente sono spesso preferiti rispetto ai sistemi reticolati chimicamente perché non richiedono la presenza di iniziatori e catalizzatori, che potrebbero indurre citotossicità e richiedere una purificazione accurata. Il nostro studio esplora l'idoneità dei sistemi acquosi di kC/PVA con tre diversi rapporti di peso tra i due polimeri per la stampa 3D di scaffold per la ricostruzione della cartilagine. Materiali e metodi Ingredienti k-carragenina (kC) fornita Gelcarin ME 8625 FMC; polvere di alcol polivinilico (PVA), con peso molecolare di 146000-186000 e grado di idrolisi del 99+% fornita da Sigma-Aldrich; mezzo di coltura per sferoidi di cellule staminali (SCM); terreno di coltura StemPro® Chondrogenesis Differentiation Kit (CDM). Procedura Le soluzioni di PVA/kC sono state preparate alle seguenti composizioni: PVA 2%w e kC 4%w, PVA 3%w e kC 3%w, PVA 4%w e kC 2%w. Le soluzioni sono state fatte raffreddare a temperatura ambiente per una notte (FT0). Sono poi stati eseguiti cicli di congelamento-scongelamento (FT) per reticolare fisicamente il PVA, congelando gli idrogeli per 2 ore e scongelandoli per 2 ore due volte al giorno per un giorno (FT1) e per cinque giorni consecutivi (FT5). La spettroscopia infrarossa a trasformata di Fourier a riflettanza totale attenuata (ATR-FTIR) dei campioni liofilizzati è stata condotta con uno spettrofotometro Perkin-Elmer Spectrum Two accumulando 32 scansioni tra 4000-400 cm-1, con una risoluzione di 4 cm-1. Le analisi reologiche sono state eseguite utilizzando un reometro AR G2 (TA Instruments): a 90 °C per le misure di viscosità; a 37 °C, nell'intervallo di frequenza 0.1-10 Hz e con uno strain di circa 8x10-4 per le misure dinamico-meccaniche in frequenza; a 1 Hz, variando la temperatura da 90 °C a 25 °C a 1 °C/min e 10 °C/min e con uno strain di 5×10-4 per le misure a scansione in temperatura (T). Le indagini morfologiche sono state condotte con un microscopio a scansione elettronica (SEM) a 10kV su idrogeli liofilizzati. I test di rigonfiamento ed erosione in PBS sono stati eseguiti attraverso misure gravimetriche dopo incubazione a 37 °C per intervalli di tempo prestabiliti. Le prove meccaniche a compressione stress-strain sono state eseguite con un Instron 3365. Le prove di stampabilità 3D sono state eseguite con una stampante Dr ROKIT Invivo. I test di vitalità MTS delle SASCs negli idrogeli sono stati eseguiti a 21 giorni in presenza del terreno SCM e in condizioni di differenziamento con CDM. Risultati e discussione Per la produzione dello scaffold, la ricerca si è basata sullo studio della morfologia e le proprietà meccaniche, stampabilità e sulla compatibilità con cellule staminali. Dalle analisi FTIR, le miscele di PVA/kC hanno mostrato i tipici picchi dei singoli componenti senza far evincere nessuna interazione funzionale fra i polimeri coinvolti. Dalle analisi di viscosità risulta che quest’ultima aumenta all’aumentare della concentrazione di kC e presenta un andamento psudoplastico. I valori di viscosità ottenuti rendono queste soluzioni adatte alla stampa 3D sia mediante laser-induced forward transfer (LIFT) che dosatura robotizzata (estrusione). Dall’analisi reologica di scansione in frequenza risultano valori di storage modulus e loss modulus caratteristici dei gel forti. I sistemi mostrano un aumento dei moduli all’aumentare della concentrazione di kC. Inoltre i moduli diminuiscono all’aumentare dei cicli FT poiché questi ultimi vanno a intaccare la coerenza strutturale del kC senza rafforzare sufficientemente il PVA. Dall’analisi reologica di scansione in temperatura risulta che la transizione sol-gel delle miscele avviene in un intervallo di T molto ristretto e minimo a 60 °C (una T troppo alta per mescolare i sistemi con le cellule). Dalle prove meccaniche a compressione i sistemi risultano avere una deformazione a rottura e una tensione a rottura più alta all’aumentare della concentrazione di kC, ma la deformazione massima sopportata prima della rottura aumenta all’aumentare dei cicli FT. I test di rigonfiamento ed erosione in tampone fosfato (PBS) mostrano che tutti i sistemi presentano un rigonfiamento iniziale seguito da lenta erosione. Se condizionati con mezzo di coltura cellulare SCM o CDM, i gel presentano un minimo rigonfiamento che non comporta uno stravolgimento della geometria iniziale. L'analisi al SEM mostra una struttura più porosa per le miscele di kC e PVA rispetto a quelle di solo kC, rendendo le miscele potenzialmente più colonizzabili dalle cellule. Dalle prove di stampaggio 3D la miscela PVA 4%w / kC 2%w risulta l’unica stampabile senza creare problemi di gelazione nell’ago, avvalorando il PVA come plasticizzante per il kC. Dai test di vitalità MTS risulta che la vitalità cellulare è stata preservata in SCM per due delle tre formulazioni, mentre è stato osservato un aumento significativo della vitalità cellulare per tutte le formulazioni quando le cellule sono state coltivate in CDM. Bibliografia [1] J.T. Oliveira, R.L. Reis, J. Tissue Eng. Regen. Med., 5, 421-36, (2011). [2] J. Necas, L. Bartosikova, Veterinarni Medicina, 58, 187–205, (2013). [3] Y. Zhang, L. Ye, M. Cui, B. Yang, J. Li, H. Sun, F. Yao, RSC Adv., 5(95), 78180-78191, (2015).

Con l’obiettivo di sviluppare scaffold per la rigenerazione dei tessuti umani con sferoidi di cellule staminali adipose (S-ASC), questo lavoro indaga le proprietà degli idrogeli formati da dei polisaccaridi che subiscono transizioni sol-gel indotte dalla temperatura e le loro miscele: k-carragene (k-C) e xiloglucano parzialmente degalattosilato (Deg-XG). Gli idrogeli sono network polimerici idrofili rigonfiati dall'acqua. La morfologia e le proprietà meccaniche degli idrogeli sono fortemente influenzate dalla loro composizione, grado di reticolazione e di rigonfiamento. Quando sono progettati come scaffold, devono avere sufficiente integrità meccanica per fornire supporto alle cellule, dall'impianto fino al completamento del processo. Il K-C forma gel più forti rispetto al Deg-XG, ancor più se formulato con sali di potassio, a causa dell'associazione delle catene in doppie eliche. La miscelazione dei due biopolimeri consente di controllarne la densità di reticolazione, le proprietà meccaniche e la morfologia. Il k-C è stato fornito da Gelcarin ME 8625 FMC Biopolymer; il Deg-XG è stato fornito da DSP Gokyo (Giappone); KCl è stato acquistato da Sigma Aldrich; le S-ASC sono state ottenute dalla liposuzione di pazienti sani. Dopo aver preparato idrogeli di solo k-C (2, 3%w) e solo Deg-XG (3%w), le loro miscele sono state ottenute mantenendo costante la concentrazione di k-C (2%w) e variando la concentrazione di Deg-XG (0.2, 0.5, 0.75, 1 %w). KCl (0.4%w) è stato utilizzato per reticolare il k-C. I test di rigonfiamento ed erosione in PBS a 37°C sono stati eseguiti immergendo gli idrogeli nella soluzione e pesando i campioni a intervalli dati. Tutti i sistemi contenenti k-C non mostrano quasi nessun ulteriore rigonfiamento (massimo 1%) seguito da lenta erosione (-10% in 5 settimane). Il grado di rigonfiamento per le miscele non è significativamente influenzato dal contenuto Deg-XG. Le misure reologiche di scansione in frequenza sono state eseguite utilizzando un reometro AR G2 (TA Instruments), a 37 ° C, nell'intervallo di frequenza 0.5-50 Hz e con uno strain pari a 8×10-4. Per tutti i sistemi contenenti k-C, lo storage modulus (G') è più di un ordine di grandezza superiore al loss modulus (G") e invariante con la frequenza. Questo è il comportamento tipico dei gel forti. G' è maggiore di G" anche per il Deg-XG 3%w, ma G" è dipendente dalla frequenza e G' è quasi due ordini di grandezza inferiore rispetto al sistema di k-C alla stessa concentrazione di polimero. La miscela k-C 2%/Deg-XG 1% mostra valori intermedi di G' e G". Le indagini morfologiche sono state condotte utilizzando un microscopio a scansione elettronica (FESEM-JEOL) a 10kV su idrogeli liofilizzati. L'analisi al SEM mostra lamelle ondulate per il k-C 2%, una struttura molto eterogenea per il Deg-XG 3%, con grandi cavità e piccoli pori, una struttura microporosa aperta e interconnessa per il k-C 2%/Deg-XG 1%. I test di compatibilità preliminare con S-ASC sono stati eseguiti mescolando le cellule e il loro terreno di coltura con Deg-XG 3%w e k-C 2%w e valutando morfologicamente la vitalità dopo 21 giorni utilizzando il microscopio ottico. Con entrambi gli idrogeli le S-ASC mantengono la loro struttura morfologica intatta.

Electrospinning of polymers has gained surging interest in the last decades due to its wide range of applications in different fields, such as sensors, electronic devices, separation systems, biomedical materials. Still there are only few reports on the use of these nanofibers as reinforcement in polymer composites. In this paper, solution electrospinning was employed to produce nanofibrous mats impregnating two epoxy resins to form “monolayer“systems, with the aim to study the influence of the nanofibers on both the curing behaviour and the morphology of the resin systems. Three polymers were chosen for producing electrospun mats, a polysulfone (PSF), a polyamide Nylon 6,6 (Ny66) and a polyacrilonitrile (PAN). The nanofibrous mats were employed to produce mat/epoxy monolayers by soaking the mat in two different epoxy resin systems, one in lab-synthesized-high performance, and the other commercial-low performance. The results show a different extent of swelling of the electronspun mats, as derived by morphological analysis. The observation of the fractured surfaces also indicates the formation of several fracture planes or phase separation phenomena, suggesting the possibility of dissipation of fracture energy by the epoxy/mat nanocomposites. Additionally, for all resin/mat arrangements, thermal analysis indicates no significant interference of the mat with the cure reactions of the resins and only slight changes of the glass transition temperatures.

Nanogels (NGs) synthesized by pulsed electron-beam irradiation of semi-dilute poly (N-vinyl pyrrolidone) (PVP) aqueous solutions, at relatively low energy per pulse and doses within the sterilization dose range, represent a very interesting family of polymeric nanocarriers. Ionizing irradiation-induced crosslinking of PVP allows to control particle size, and surface chemistry of the polymer nanoparticles without making use of catalysts, organic solvents or surfactants, and with beneficial effects onto the purity and hence biocompatibility of the final products obtained. Furthermore, the availability of reactive functional groups, either generated by the radiation or purposely grafted via copolymerisation with suitable functional monomers enables the conjugation of therapeutics drug, that make them suitable nanocarriers for biomedical applications. In particular, we have developed a carboxyl-functionalized nanogel variant for glutathione-mediated delivery of a chemotherapeutic agent, Doxorubicin. The drug is linked to the nanoparticles through a linker containing a cleavable disulphide bridge, aminoethyldithiopropionic acid (AEDP). In vitro drug release experiments have shown that glutathione can induce the release of Doxorubicin, through the reduction of the disulfide bridge. These results suggest that such redox-responsive nanoparticles can deliver doxorubicin into the nuclei of tumor cells, thus inducing inhibition of cell proliferation, and provide a favourable platform to construct nanoscalar drug delivery systems for cancer therapy.

Xyloglucans (XGs) are interesting substrates for the production of scaffolds for tissue engineering, drug delivery depots and hydrogel dressings, thanks to their ability to gel in appropriate conditions, such as in the presence of hydro-alcoholic solvents or by addition of sugar molecules. Due to their natural source, they are characterized by high average molecular weights and broad molecular weight distributions. High energy irradiation is a suitable tool to reduce polysaccharides molecular weight without a dramatic alteration of the polymer chemical structure and gelation ability. In this work, the effect of the radiation dose on the molecular weight of a XG derived from Tamarind seeds is investigated. The rheological properties of the gels obtained by adding ethanol to the polymer water solutions are also described. The effects of alcohol content, storage time and irradiation dose on gel strength are discussed

In this work, blends of a difunctional epoxy monomer and a thermoplastic toughening agent are E-beam irradiated at two different dose rates and two different total absorbed doses. The influence of the processing conditions on the thermal properties and on the morphology of the obtained matrices has been investigated. In particular, it is shown how the increase of the dose rate causes an increase of the temperature during irradiation, thus inducing a simultaneous thermal and radiation curing. On the contrary, at low-dose rate the system mainly undergoes to radiation curing, thus making the cured material very sensible to a post-irradiation thermal treatment with a significant improvement of the thermal properties. © 2007 Elsevier Ltd. All rights reserved.