Rigenerazione dei tessuti molli in un microambiente di scaffold privo di cellule

Rigenerazione dei tessuti molli in un microambiente di scaffold privo di cellule

In un nuovo rapporto ora pubblicato su Rapporti scientifici, Irini Gerges e un team di scienziati in Italia e negli Stati Uniti hanno studiato l'importanza dei segnali biomeccanici e biochimici per creare condizioni di coltura adatte a microambienti rigenerativi tridimensionali (3D) e alla formazione di tessuti molli. Il team ha osservato i cambiamenti nell'adipogenesi rispetto alle proprietà meccaniche 3D e ha creato un gradiente di microambienti tridimensionali con rigidità diverse. I risultati hanno indicato un aumento significativo delle proporzioni di tessuto adiposo, riducendo al contempo la rigidità del microambiente meccanico 3D. Hanno confrontato questo effetto di condizionamento meccanico con la regolazione biochimica caricando gli ambienti extracellulari con uno stimolante biologico. I risultati hanno mostrato un condizionamento meccanico e biochimico sufficiente per aumentare l'adipogenesi e influenzare il rimodellamento dei tessuti. Il lavoro può aprire nuove strade alla progettazione di scaffold 3D per formare microambienti che rigenerano grandi volumi di tessuto molle e adiposo per implicazioni pratiche e dirette nella chirurgia ricostruttiva ed estetica.

Ricostruzione dei tessuti molli

Gli approcci di ricostruzione dei tessuti molli dipendono da filler inerti o innesti autologhi; pertanto, esiste un'esigenza clinica insoddisfatta di soluzioni efficaci per ripristinare i tessuti molli dopo l'intervento chirurgico. Gli approcci basati su scaffold senza cellule sono una soluzione promettente grazie alla loro biocompatibilità, adattabilità al tessuto bersaglio, economicità e conformità agli standard di produzione internazionali. Gli scaffold sintetici sono una soluzione clinica scalabile perché possono evitare ostacoli normativi e di produzione rispetto alle terapie cellulari. Gli scaffold tridimensionali (3D) per rigenerare i volumi dei tessuti molli clinicamente rilevanti hanno ottenuto notevoli progressi a livello clinico, come si è visto con gli scaffold di grado medico. Le limitazioni del materiale derivano dall'elevata rigidità locale dei filamenti polimerici rispetto al tessuto bersaglio. È quindi importante sviluppare scaffold specifici per la rigenerazione del tessuto adiposo per regolare gli stimoli biomeccanici per ottenere interazioni cellulari e biomateriali appropriate che sono fondamentali per l'adipogenesi. Il team ha affrontato i fattori chiave delle prestazioni biologiche dei biomateriali porosi reticolati a base di poliuretano come impalcature per la rigenerazione dei tessuti molli, concentrandosi sul ruolo della chimica dei polimeri e della microarchitettura. In questo lavoro, Gerges et al. modificato la composizione dei segmenti del triolo di poliestere per sintetizzare un gradiente di scaffold porosi che condividono proprietà fisiochimiche e morfologiche simili con diverse rigidità del substrato per comprendere l'impatto dei segnali meccanici sull'adipogenesi.

Rigenerazione dei tessuti molli in un microambiente di scaffold privo di cellule Gli esperimenti

Gli scienziati hanno potenziato il microambiente rigenerativo utilizzando uno scaffold caricato con un agonista del recettore attivato dal proliferatore dei perossisomi Rosiglitazone per indurre la differenziazione degli adipociti. Hanno studiato l'impatto dell'ambiente meccanico sulle prestazioni in vivo di uno scaffold mettendo a punto le proprietà meccaniche dello scaffold senza modificare o alterare i restanti caratteri fisico-chimici. Variando il grado di reticolazione, la dimensione dei pori e il rapporto dei segmenti duri e morbidi che tengono insieme la struttura macromolecolare, il team ha regolato le proprietà meccaniche di una schiuma poliuretanica reticolata. Gerges et al. si è poi concentrato sul grado di cristallinità dei segmenti molli e mantenuto costante il rapporto tra iniziatore e monomero, in modo da mantenere lo stesso peso molecolare medio dei materiali. Dopo aver eseguito test di compressione sulle tre versioni di formulazioni di scaffold, il team ha modificato il rapporto tra i domini amorfo e cristallino dei poliesteri per ottenere con successo tre tipi di formulazioni di scaffold. I ricercatori hanno trattato tutti gli scaffold in questo studio con poli-L-lisina per promuovere l'adesione cellulare sulle superfici del materiale per interazioni non specifiche cellula-biomateriale.

Rigenerazione dei tessuti molli in un microambiente di scaffold privo di cellule

Comprendere la funzione del materiale dell'impalcatura

Dopo aver implementato gli scaffold in modelli animali, gli scienziati non hanno osservato anomalie in essi e hanno condotto esami istologici sugli scaffold al momento del loro recupero. Hanno notato la formazione di capsule attorno allo scaffold con quantità moderate di macrofagi e cellule giganti multinucleate associate a infiltrati infiammatori cronici in tutti e tre i gruppi di scaffold. Tra i gruppi testati, il materiale dello scaffold con il modulo elastico più basso ha mantenuto la più alta percentuale di tessuto adiposo. Gerges et al. successivamente ha studiato l'impatto della regolazione biochimica da parte del rilascio locale di molecole agoniste del recettore attivate dalla proliferazione dei perossisomi in un quadro biomeccanico neutro. Le concentrazioni delle molecole erano sufficienti per attivare i corrispondenti recettori sulle cellule che invadevano lo scaffold dal tessuto circostante adiacente. Il team ha attribuito il significativo aumento del tessuto adiposo negli scaffold trattati all'ambiente privo di cellule indotto dall'attivazione dei recettori specifici.

Rigenerazione dei tessuti molli in un microambiente di scaffold privo di cellule

Outlook

In questo modo, Irini Gerges e colleghi hanno studiato l'importanza dei segnali biomeccanici e biochimici per sviluppare un microambiente rigenerativo 3D per la formazione dei tessuti molli sulla base di due serie specifiche di esperimenti in modelli animali. I risultati evidenziano l'infiltrazione del tessuto adiposo con diminuzione della rigidità dello scaffold e i vantaggi delle proprietà meccaniche dello scaffold per rigenerare il tessuto adiposo inibendo la formazione di tessuto fibroso. I risultati hanno confermato la capacità dei fattori meccanici e biochimici di promuovere ugualmente la formazione di tessuto adiposo nelle impostazioni descritte, suggerendo che un'adeguata segnalazione meccanica può aumentare l'adipogenesi influenzando significativamente la differenziazione cellulare.