Sommario Gli idrogel polisaccaridici rappresentano una importante classe di materiali fra quelli utilizzati nel mondo della salute poiché, grazie alla loro preponderante componente acquosa e ad una generale biocompatibilità della componente polimerica, sono in grado di interagire in modo positivo con i sistemi cellulari. Inoltre, essendo in grado di mimare la componente extracellulare meglio di molti altri sistemi sintetici, tali idrogel rappresentano un buon substrato per applicazioni di ingegneria tissutale.

Nell’ambito dei polisaccaridici in grado di formare idrogel, il gellano, polisaccaride di origine microbica (Sphingomonas elodea), altamente biocompatibile e già utilizzato ampiamente nel settore biomedico ed alimentare, sta ricevendo una sempre maggiore attenzione come scaffold polimerico per applicazioni innovative. La sua struttura e le sue proprietà gli conferiscono infatti una notevole versatilità nell’ambito della realizzazione di nuovi devices.

Sfruttando la sua capacità di formare idrogel per interazione con ioni mono e bivalenti, è stato sviluppato un sistema idrogel interpenetrato con l’acido ialuronico utilizzabile per la riparazione tissutale di difetti ossei. Il sistema ha mostrato buone proprietà di resistenza meccanica e di compatibilità nei confronti di osteoblasti primari umani (Figura 1 a).

Grazie alla possibilità di modificare la idrofobicità del gellano mediante la derivatizzazione chimica del suo gruppo carbossilico, è inoltre stato possibile realizzare una nuova matrice polisaccaridica in grado di interagire con sistemi liposomiali e con sistemi micellari. In opportune condizioni sperimentali, ciascuna catena polimerica di gellano, infatti, grazie a pendagli idrofobici di colesterolo, in sospensione acquosa può interagire con la membrana di più liposomi o con la superficie di più micelle, agendo da crosslinker (Figura 1 b). Questo tipo di interazione porta alla formazione di idrogel “ibridi” che possono essere utlizzati per la veicolazione di farmaci in sistemi depot.

Lo studio delle proprietà meccaniche e reologiche di tali sistemi è un importante aspetto della caratterizzazione nelle fasi di sviluppo di nuovi idrogel in quanto consente di definire il contributo dei vari parametri che influenzano il sistema e, di conseguenza, di poterne controllare le proprietà finali, finalizzandole all’applicazione richiesta.

Parole chiave polisaccaridi, idrogel, drug delivery, ingegneria tissutale

Abstract Polysaccharide hydrogels represent an important class of materials in the field of biomedical and pharmaceutical applications because they are able to interact safely with cells due to their high water content and to a general biocompatibility of the polymer components. Being able to mimic the extracellular component better than many other synthetic systems, these hydrogels are also a good substrate for tissue engineering applications.

Among the polysaccharides able to form hydrogels, the highly biocompatible and widely used gellan, a microbial polysaccharide (from Sphingomonas elodea), widely used in the biomedical and food areas, is receiving increasingly attention as a polymer scaffold for innovative applications. It is a very versatile polymer, due to its structure and its physic-chemical properties, and can be useful in developing new devices.

By exploiting its hydrogel forming properties by interaction with mono and bivalent ions, a hydrogel system interpenetrated with hyaluronic acid for tissue repair of bone defects was developed. The system showed good mechanical resistance properties and compatibility with primary human osteoblasts (Figure 1a).

Thanks to the possibiility to modify the hydrophobicity of the gellan by the chemical derivatization of its carboxy group, it was also possible to produce a new polysaccharide matrix capable of interacting with liposomes and micellar systems. In appropriate experimental conditions, each chain of gellan, can interact with the membrane of liposomes or with the surface of micelles, by means of the hydrophobic cholesterol pendants groups, acting as a crosslinker (Figure 1b). This interaction leads to the formation of “hybrid” hydrogels that can be used for drug delivery in depot systems.

The study of the mechanical and rheological properties of these systems is an important aspect during the characterization process in the various development steps, as it allows defining the contribution of the various parameters affecting the system and, consequently, controlling the final properties, thus fulfilling the required needs.

 Keywords polysaccharide, gellan, hydrogel, drug delivery, tissue engeneering