Synthesis and biological testing of nanowires for tissue regeneration

L’ingegneria tissutale si sta concentrando sempre più verso lo sviluppo di nuove strategie per la rigenerazione ossea, target che rappresenta un focus di interesse centrale per migliorare la gestione di casi clinici complessi nell’ambito della chirurgia orale e maxillo-facciale. Uno degli approcci più utilizzati in questo ambito è lo sviluppo di micro- e nanotopografie superficiali che consentano di aumentare le proprietà osteoinduttive dei biomateriali e nello specifico dei materiali implantari. È noto da letteratura che negli ultimi anni è aumentata notevolmente la consapevolezza dell’importanza non solo della microtopografia, ma anche della nanotopografia superficiale dei biomateriali. Infatti, la disposizione nanotopografica dei segnali extracellulari è di fondamentale importanza per controllare adesione, proliferazione e differenziamento cellulare, eventi che portano alla rigenerazione del tessuto. Nonostante non siano ancora note le distribuzioni spaziali ideali per favorire la risposta cellulare, a causa dell’intricata composizione della matrice extracellulare, è noto che la loro disposizione debba essere nel range dimensionale dei suoi componenti. È stato inoltre sottolineato come le cellule rispondano specificamente a differenti nanopatterns superficiali attivando specifici pathways di trasduzione del segnale topografia-dipendenti (ad esempio i cambiamenti conformazionali del citoscheletro, la motilità cellulare, ecc.). In questo lavoro sono state utilizzate nanostrutture create ad hoc per ottimizzare l’adesione, la proliferazione ed il differenziamento delle cellule ossee, con l’intenzione finale di aumentare l’osteointegrazione degli impianti dentali. In particolare, sono stati sviluppati e caratterizzati, sia dal punto di vista fisico-chimico, sia dal punto di vista biologico, differenti tipologie di nanofili, in presenza ed assenza di una funzionalizzazione con 3-mercaptopropil-trimetossisilano. Questa scelta è basata sul fatto che la molecola che favorisce il differenziamento osteoblastico. Gli studi di citocompatibilità effettuati su nanofili di ossicarburo di silicio non mostrano tossicità cellulare, sia per quanto riguarda i nanofili di controllo, sia per i funzionalizzati. È stato notato un aumento della proliferazione in seguito alla funzionalizzazione con 3-mercaptopropil-trimetossisilano, probabilmente dovuta al differente pattern di adsorbimento proteico, oltre che una migliore adesione ed una maggiore espressione dei geni tipicamente legati al differenziamento osteoblastico precoce. Infine, i nanofili di ossido di titanio hanno mostrato buone potenzialità sia per lo stimolo del differenziamento osteoblastico, sia per fungere da substrato di ancoraggio per gli osteoblasti, a conferma del fatto che su superfici nanostrutturate la risposta cellulare viene aumentata, in favore delle funzioni rigenerative dell’osso. In conclusione, possiamo affermare che entrambi, nanofilii di ossicarburo di silicio e nanofili di ossido di titanio, sono substrati promettenti per il miglioramento dell’osteointegrazione degli impianti dentali.