Design and development of a PVA composite scaffold for peripheral nerve regeneration

The peripheral nerve injuries represent 2.8% of the total annual trauma. More than 360.000 people at year in the U.S.A. and more than 300.000 in Europe undergo this type of lesion, which often can lead to a condition of permanent disability (Ciardelli and Chiono, 2005). The main cause is represented by motor vehicle and sports accidents, nevertheless knives, glass, metal lacerations and bone fractures cover as much as 30% of the total cases. Even the same surgery, especially orthopedic on upper limb, it is often due to nerve injury, as they are traction maneuvers that are performed in childbirth, which cover a rate of 0.12% in all lesions (Ichiara et al , 2008). Although surgery is a frequent medical practice in most of the cases, tissue engineering, based on knowledge and used of engineering materials, growth factors and cells (both staminal or somatic cells) is becoming more and more like a viable, and sometimes, only possibility of repair the peripheral nerve lesions (Geuna et al, 2007). Based on these considerations it has been designed, built, developed and tested a composed tubular scaffold in polyvinyl alcohol (PVA) from chemical, physical and biological point of view. The PVA is a synthetic polymer, water-soluble, biocompatible, durable, inexpensive and hardly degradable. In order to facilitate a better kinetic of degradation of the material it has been chemically modified, by a oxidative reaction. This same reaction has been shown, moreover, to promote the release of neurotrophic factors, including TAT-CNTF, whose activity is known to be essential in the various stages of the peripheral nerves regeneration process. The work course, from the material oxidation to the final product (through the freeze thawing technique) has developed a tubular polymer scaffold which is a patented industrial invention (No: VI2013A000019, class: A61K) deposited in “Camera di Commercio Industria, Artigianato e Agricoltura” of Vicenza, Italy.

Le lesioni dei nervi periferici rappresentano il 2,8 % dei traumi totali annui. Più di 360.000 persone all’anno negli USA e più di 300.000 in Europa vanno incontro a questo genere di lesione, che spesso può portare ad una condizione di disabilità permanente (Ciardelli e Chiono, 2005). La causa principale è rappresentata dagli incidenti automobilistici e pratica sportiva; ciò nonostante lacerazioni da coltelli, vetri, metalli e fratture ossee ricoprono il 30 % della casistica. Anche la stessa chirurgia, specialmente quella ortopedica degli arti superiori, è spesso causa di lesione nervosa, come lo sono anche le manovre di trazione che vengono effettuate durante il parto, che ricoprono il 0,12 % della totalità delle lesioni (Ichiara et al, 2008). Sebbene nella maggior parte dei casi si ricorra alla chirurgia, l’ingegneria tissutale, basata su conoscenze di ingegneria dei materiali, fattori di crescita proteici e cellule (sia staminale che somatiche) si sta affermando sempre più come una valida, ed a volte, unica possibilità di riparazione delle lesioni nervose periferiche (Geuna et al,2007). Basandosi su queste considerazioni è stato ideato, costruito, sviluppato e testato, da un punto di vista chimico, fisico e biologico uno scaffold tubulare di polivinilalcol (PVA). Il PVA è un polimero sintetico, idrosolubile, biocompatibile, resistente, poco costoso e difficilmente degradabile. Al fine di favorire una migliore cinetica di degradazione, il materiale è stato modificato chimicamente, mediante una reazione di tipo ossidativo. Questa stessa reazione si è dimostrata, inoltre, idonea a favorire il rilascio di fattori neurotrofici, tra cui TAT-CNTF, la cui attività è fondamentale nelle varie tappe del processo rigenerativo dei nervi periferici. Il percorso di lavoro svolto, dalla ossidazione del materiale fino al prodotto finito (attraverso la tecnica di freese thawing) ha prodotto uno scaffold polimerico tubulare coperto da brevetto come invenzione industriale ((No: VI2013A000019, classe: A61K) depositato presso “Camera di Commercio Industria, Artigianato e Agricoltura” di Vicenza.