Trasformare un sottoprodotto dell’industria alimentare in un materiale innovativo per proteggere e favorire la riparazione della pelle. È l’obiettivo raggiunto da uno studio interdisciplinare che ha utilizzato l’okara, il residuo della lavorazione della soia nella produzione di tofu e bevande vegetali, per sviluppare un biomateriale bioattivo, biodegradabile e stampabile in 3D. La ricerca apre, in prospettiva, alla possibilità di realizzare dispositivi destinati al trattamento locale del dolore associato all’allattamento e al recupero dopo interventi chirurgici per il tumore al seno.
Lo studio, pubblicato sulla rivista Communications Materials, è stato coordinato da Carmen Lammi, docente del Dipartimento di Scienze Farmaceutiche dell’Università degli Studi di Milano, in collaborazione con il gruppo di Serena Graziosi, docente del Dipartimento di Meccanica del Politecnico di Milano, e con Raffaele Pugliese, ricercatore del NeMO Lab Research Center – Ospedale Niguarda di Milano.
Il lavoro rientra nelle attività del progetto 3DBioPad (Design and 3D printing of a biocompatible and bioactive pad for the topical treatment of breastfeeding and breast cancer post-surgery pains), coordinato da Serena Graziosi e finanziato dall’Unione Europea attraverso NextGenerationEU, nell’ambito delle risorse del PNRR M4C2 I1.1 – PRIN 2022. Il progetto riunisce competenze che spaziano dalla progettazione meccanica alla scienza e ingegneria dei materiali, dalle scienze alimentari e farmaceutiche al design di prodotto e alla manifattura additiva.
Dallo scarto alimentare ai peptidi bioattivi
Al centro della ricerca c’è l’okara, un residuo che viene generalmente considerato uno scarto della lavorazione della soia, ma che conserva una quantità significativa di proteine. Proprio questa caratteristica lo rende una possibile fonte sostenibile di molecole biologicamente attive. I ricercatori hanno ricavato dall’okara un idrolizzato proteico ricco di peptidi bioattivi, cioè piccole catene di amminoacidi ottenute dalla degradazione delle proteine. L’effetto di queste molecole è stato quindi studiato sui fibroblasti dermici umani, cellule fondamentali per il mantenimento della struttura della pelle e per i processi di riparazione dei tessuti. I test in vitro hanno evidenziato proprietà antiossidanti e antinfiammatorie dell’idrolizzato e hanno mostrato un effetto positivo sulla migrazione dei fibroblasti, un meccanismo importante nei processi di guarigione delle ferite.
Un materiale pensato per la stampa 3D
Il passaggio successivo è stato trasformare il composto ottenuto dall’okara in un materiale utilizzabile per applicazioni biomediche. L’idrolizzato proteico è stato quindi incorporato nel poli(ε-caprolattone), o PCL, un polimero biocompatibile e biodegradabile già studiato e utilizzato in ambito biomedico. La combinazione ha permesso di ottenere una miscela bioattiva adatta alla stampa 3D. Le analisi meccaniche, termiche e strutturali hanno mostrato che l’aggiunta dell’idrolizzato non compromette le principali caratteristiche del PCL e permette un rilascio prolungato nel tempo dei peptidi bioattivi. Un risultato particolarmente significativo riguarda il comportamento del materiale dopo la stampa: i test hanno infatti confermato il mantenimento delle attività antiossidanti, antinfiammatorie e pro-rigenerative anche nelle strutture ottenute attraverso la manifattura additiva. La stampa 3D offre inoltre la possibilità di realizzare strutture con geometrie complesse e potenzialmente personalizzabili, ampliando le possibilità di progettazione del biomateriale.
Unire sostenibilità e innovazione biomedica
La ricerca affronta 2 sfide contemporaneamente: da una parte la valorizzazione di un sottoprodotto dell’industria alimentare, con l’obiettivo di ridurre gli sprechi e favorire un approccio più sostenibile; dall’altra lo sviluppo di nuovi materiali destinati a possibili applicazioni biomediche. I risultati ottenuti rappresentano una base per ulteriori studi finalizzati alla progettazione di dispositivi personalizzati per applicazioni topiche. L’obiettivo, nel progetto 3DBioPad, è arrivare a soluzioni in grado di sfruttare le proprietà bioattive del materiale per contribuire alla gestione locale del dolore associato all’allattamento e al periodo post-operatorio dopo interventi per il tumore al seno.
“La ricerca proseguirà con la realizzazione, mediante stampa 3D, di un phantom biomimetico, un modello sperimentale in grado di riprodurre alcune delle principali caratteristiche del tessuto cutaneo del seno. Il sistema permetterà di studiare in condizioni controllate il comportamento del biomateriale e di approfondirne le proprietà e la funzionalità prima delle successive fasi di validazione, contribuendo allo sviluppo di soluzioni sostenibili e personalizzabili per la salute delle donne”, afferma Carmen Lammi.
“La possibilità di produrre mediante stampa 3D geometrie complesse con questo materiale bioattivo, apre nuove opportunità per lo sviluppo di dispositivi dedicati alla salute delle donne, con potenziali applicazioni anche in altri ambiti biomedicali. Nel progetto 3DBioPad, la valorizzazione dell’okara si inserisce in un approccio progettuale che considera fin dall’inizio la funzione e la geometria del prodotto, le proprietà del materiale e il processo di produzione come elementi interdipendenti. È attraverso questa integrazione che puntiamo a coniugare lo sviluppo di nuove soluzioni per la salute delle persone, con un utilizzo più sostenibile delle risorse”, spiega Serena Graziosi.
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