Barbato, Valeria (2016) Allestimento di scaffold sintetici e biologici per la rigenerazione del miocardio. [Tesi di dottorato]

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Abstract

I progressi raggiunti nella conoscenza delle caratteristiche biologiche delle cellule staminali e la dimostrazione della presenza di cellule progenitrici nel tessuto cardiaco adulto hanno posto le basi per lo sviluppo di nuove strategie terapeutiche che mirano alla rigenerazione del miocardio. In vivo, le cellule staminali sono accolte nella nicchia, un microambiente specializzato, in cui esse interagiscono con le cellule di supporto e con le componenti solubili e insolubili della matrice extracellulare (ECM), in grado di regolare la sopravvivenza, la proliferazione e il differenziamento cellulare. L’alterazione dell’omeostasi dell’ECM, associata al danno ischemico, rende le cellule progenitrici cardiache (CPC) incapaci di supportare la rigenerazione cardiaca nonostante la loro intensa attivazione e l’elevato potenziale miogenico. Nelle cardiomiopatie gravi il trattamento di elezione è il trapianto d’organo, il cui limite, però, risiede nella scarsa disponibilità dei donatori e nelle complicazioni legate alle reazioni immunologiche. Negli ultimi anni una promettente alternativa è rappresentata dalla bioingegneria, che mira alla rigenerazione tissutale mediante l’uso di scaffold tridimensionali ottenuti dalla combinazione di cellule staminali e materiali biomimetici. Sulla base di tali considerazioni, lo scopo del presente studio è stato quello di sviluppare scaffold sintetici e biologici, capaci di riprodurre le funzioni biologiche e meccaniche dell’ECM cardiaca naturale. Tali scaffold potrebbero favorire la rigenerazione del tessuto miocardico danneggiato stimolando l’adesione, la proliferazione ed il differenziamento delle CPC, isolate da cuori umani adulti, espiantati per insufficienza cardiaca allo stadio terminale. Gli scaffold sintetici sono stati costruiti mediante tecniche di prototipazione rapida, a partire dal poliuretano termoplastico KBC2000, riproducendo proprietà fisiche e meccaniche paragonabili a quelle del miocardio umano, ed un’architettura capace di garantire un sufficiente apporto di nutrienti e ossigeno alle cellule. In particolare, sono stati utilizzati scaffold non funzionalizzati e scaffold funzionalizzati con la laminina-1, un’importante proteina bioattiva della matrice extracellulare cardiaca e con la gelatina, usata come controllo. Le CPC sono state piastrate sugli scaffold, funzionalizzati e non, e dal confronto delle loro proprietà biologiche è emerso che la funzionalizzazione con la laminina ne induce il differenziamento verso la linea dei cardiomiociti. Sebbene gli scaffold sintetici siano caratterizzati da proprietà meccaniche e fisiche tali da sostenere le funzioni cellulari, gli scaffold biologici rispondono meglio alle richieste metaboliche e biochimiche delle cellule. Per tale motivo, utilizzando diversi protocolli di decellularizzazione, precedentemente descritti e testati in vitro ed in vivo, sono stati allestiti scaffold biologici da sezioni di tessuto di miocardio umano, ottenuto da cuori espiantati per insufficienza cardiaca post-ischemica. I risultati ottenuti hanno permesso di identificare il protocollo migliore, sulla base della rapidità, semplicità e preservazione dell’architettura dei principali componenti dell’ECM, nonché dei glicosamminoglicani e dei fattori di crescita. Inoltre sono stati allestiti gel naturali ottenuti dalla combinazione dell’ECM cardiaca decellularizzata e solubilizzata con la fibrina, polimero naturale capace stimolare l’homing, la proliferazione ed il differenziamento cellulare. Lo studio condotto evidenzia che il complesso sistema di interazioni cellule-ECM svolge un ruolo determinante nel guidare la rigenerazione cardiaca. La scelta del tipo di scaffold, naturale o biomimetico, così come delle componenti bioattive dell’ECM da utilizzare in associazione a quest’ultimo, è di fondamentale importanza per l’ottimizzazione del processo di riparo tissutale e di conseguenza di rigenerazione del miocardio infartuato.

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