Bioactive and antimicrobial matrices for the treatment of infected tissues: administering local and personalized therapies and promoting tissue regeneration

Negli ultimi anni, le infezioni batteriche sono tornate a rappresentare una minaccia critica per la salute umana, principalmente a causa della resistenza agli antibiotici derivante dall’abuso e dall’uso improprio di questi farmaci. Con poche nuove classi di antibiotici scoperte dagli anni ’90, è necessario sviluppare soluzioni antimicrobiche alternative per evitare un ritorno alla mortalità da infezione dell’era pre-antibiotica. Per affrontare questa sfida, l’ingegneria tissutale (Tissue engineering) offre molte promettenti opportunità, tra cui la possibilità di combinare nuovi farmaci antimicrobici che hanno meno probabilità di sviluppare resistenza, con biomateriali bioattivi, in grado di offrire una somministrazione localizzata e controllata di farmaci e un supporto per la rigenerazione dei tessuti. In questo contesto, questa tesi esplora lo sviluppo di biomateriali antimicrobici per il trattamento di infezioni cutanee e ossee, in particolare delle ferite croniche e dell’osteomielite. Con previsioni di aumento dei casi nei prossimi anni, queste patologie sono associate con una riduzione della qualità della vita e un aumento dei rischi di mortalità. L’obiettivo è superare le limitazioni dei trattamenti attualmente disponibili, sfruttando la coniugazione delle capacità rigenerative dei biomateriali con antibatterici di nuova generazione. Prima di tutto, per sviluppare una soluzione avanzata per la guarigione delle ferite croniche, abbiamo creato un patch polimerico a tre strati caricato con il peptide antimicrobico LTX-109. Ogni strato è stato progettato per mantenere l’efficacia di LTX-109 e per garantire un rilascio graduale sul sito della ferita, facilitando sia la disinfezione che la guarigione dei tessuti. Una seconda strategia, anch’essa rivolta alla guarigione delle ferite croniche, ma con un focus più dettagliato sulla rigenerazione dei tessuti, si concentra sullo sviluppo di un patch bioibrido contenente idrossiapatite dopata con magnesio (GelMgHA) assemblato in una struttura bilayer. Ispirata alla struttura naturale della pelle, questo patch presenta uno strato esterno protettivo e uno strato interno, bio- riassorbibile, che favorisce l’adesione cellulare e la rigenerazione tissutale. Inoltre, è stata studiata la possibilità di caricare il bi-layer con antibiotici, subito prima dell’applicazione del patch sulla ferita, permettendo una cura personalizzata e specifica per ogni paziente e garantendo un rilascio controllato direttamente nel sito d’infezione. Infine, scaffolds composti da nanocristalli di idrossiapatite cresciuti su fibre di collagene, biomimetici del tessuto osseo, sono stati sviluppati e dopati con ioni rame per il trattamento delle osteomieliti. L'attività antibatterica degli scaffold è assicurata dagli ioni rame, ma la loro citotossicità deve essere accuratamente bilanciata per preservare la citocompatibilità e favorire la rigenerazione dei tessuti. Questo studio ha evidenziato sia il potenziale rigenerativo degli scaffolds sia la loro efficacia antibatterica, valutando diverse strategie per controllare il rilascio antimicrobico e permettere la rigenerazione del tessuto osseo.