(Lesioni tendinee-Immagine: la fibroina della seta dei bozzoli dei bachi da seta viene utilizzata negli scaffold per ottimizzare i tessuti rigenerativi per la riparazione dei tendini. Credito: Istituto Terasaki per l’innovazione biomedica (TIBI) ).
Anche solo menzionare un tendine d’Achille rotto farebbe sussultare chiunque. Le lesioni tendinee sono ben note per i loro processi di guarigione lunghi, difficili e spesso incompleti. Il movimento improvviso o ripetitivo, sperimentato da atleti e operai, ad esempio, aumenta il rischio di strappi o rotture dei tendini; il trenta per cento di tutte le persone avrà un infortunio al tendine, con il rischio di lesioni tendinee più alto nelle donne. Inoltre, coloro che soffrono di queste lesioni sono più inclini a ulteriori lesioni sul sito o non si riprendono mai completamente.
I tendini sono fasce di tessuto connettivo fibroso che attaccano i muscoli alle ossa. Sono tessuti molli collegati a ossa rigide; questo crea un’interfaccia complessa con una struttura molto specifica. Dopo la lesione, questa struttura viene interrotta e il tessuto connettivo cambia da una formazione lineare a una piegata. Possono anche verificarsi cicatrici in eccesso, modificando le proprietà meccaniche del tendine e la sua capacità di sopportare carichi.
Durante i naturali processi di guarigione del corpo, tendine e altre cellule vengono reclutate per ricostruire la matrice originale del tendine di fibre di tessuto connettivo allineate. Ma questa ricostruzione può richiedere settimane o mesi e il tendine risultante è spesso imperfetto. Ciò si traduce in debolezza, dolore cronico e riduzione della qualità della vita.
I possibili trattamenti per le lesioni tendinee includono innesti di tessuto tendineo da pazienti o donatori, ma questi comportano rischi come infezioni, rigetto del trapianto o necrosi. Sono stati tentati trapianti sintetici, ma problemi meccanici, di biocompatibilità e biodegradazione hanno ostacolato questi sforzi.
Un altro approccio consiste nell’utilizzare le cellule staminali mesenchimali (MSC), cellule specializzate che svolgono un ruolo fondamentale nella rigenerazione dei tessuti. Nel sito della ferita, possono differenziarsi in vari tipi di cellule e produrre molecole di segnalazione che regolano la risposta immunitaria, la migrazione cellulare e la formazione di nuovi vasi sanguigni; questo consente la rigenerazione dei tessuti.
Tuttavia, i metodi di trattamento che utilizzano l’infusione sistemica, l’iniezione diretta o la modificazione genetica delle MSC presentano le proprie difficoltà: l’infusione manca di specificità mirata al sito della lesione, l’iniezione diretta richiede un numero di cellule proibitivo e la modificazione genetica è inefficiente e produce cellule difficili da isolare.
Ancora un altro approccio è stato quello di costruire strutture di biomateriali, o scaffold, su cui introdurre MSC e fattori di crescita al fine di generare nuovo tessuto tendineo. Un team collaborativo del Terasaki Institute for Biomedical Innovation (TIBI) ha utilizzato questo approccio per sviluppare un metodo che ha prodotto miglioramenti significativi nella rigenerazione del tendine MSC.
Il team si è inizialmente rivolto alla fibroina della seta, una proteina della seta prodotta dal baco da seta Bombyx mori. Oltre al suo utilizzo in splendidi tessuti di seta, la fibroina di seta viene utilizzata in dispositivi ottici ed elettrici e in diverse applicazioni biomediche, dai materiali di sutura ai legamenti bioingegnerizzati, alle ossa e persino al tessuto corneale. Grazie alla sua resistenza superiore, durata, biocompatibilità e qualità biodegradative, la fibroina della seta è ideale per l’uso in scaffold per tendini.
Al fine di migliorare la capacità dell’impalcatura di rigenerazione dei tessuti, il team ha poi accoppiato la fibroina della seta con GelMA, un gel a base di gelatina che trattiene l’acqua, grazie alla biocompatibilità, alla degradazione controllabile, alla rigidità e alla capacità di promuovere l’attaccamento cellulare e la crescita di GelMA.
“Gli effetti sinergici della capacità di GelMA di supportare la formazione di tessuto rigenerativo e i vantaggi strutturali della fibroina della seta rendono il nostro materiale composito adatto per la riparazione dei tendini“, ha affermato HanJun Kim, Ph.D., DVM, team leader di TIBI sul progetto.
I ricercatori hanno preparato miscele con rapporti variabili di fibroina di seta e GelMA (SG) e le hanno fabbricate in sottili fogli di nanofibra. Hanno quindi testato le lastre per la struttura della fibra e l’elasticità e hanno scelto una formulazione ottimale con le migliori proprietà meccaniche. Hanno anche osservato che la fibroina della seta conferiva una maggiore porosità al materiale; questo migliora la riparazione del tendine.
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I fogli SG ottimizzati sono stati seminati con MSC e sottoposti a vari test per misurare la compatibilità e la differenziazione delle MSC, la produzione di fattori di crescita e l’attività genetica che innesca la formazione della matrice.
Le MSC sui fogli SG hanno mostrato un aumento della vitalità cellulare e della proliferazione rispetto a quelle mostrate sui fogli di fibroina di seta senza GelMA (SF). L’analisi genetica ha mostrato che l’attività genica rilevante nelle MSC SG era significativamente aumentata, in contrasto con quelle sui fogli SF, che era diminuita.
I test di colorazione hanno rivelato che le MSC sui fogli SG mostravano un tasso di attaccamento superiore all’80% e avevano una forma allungata caratteristica delle cellule attaccate a una superficie, in contrasto con un tasso di attaccamento del 60%, con cellule di forma sferica osservate su SF e GelMA.
Ulteriori test su un fattore di crescita secreto dalle MSC seminate su fogli di nanofibra hanno mostrato che i fattori di crescita prodotti dalle MSC sui fogli SG erano in grado di riparare al meglio il tessuto tendineo danneggiato coltivato in un piatto di coltura.
Sono stati condotti esperimenti anche su ratti vivi con tendini d’Achille feriti. Fogli di nanofibra seminati con MSC sono stati impiantati sul sito della lesione e i fogli SG hanno promosso la guarigione più accelerata, con siti di lesione ridotti e formazione di fibre tendinee ben allineate e densamente imballate e componenti muscolari rimodellate.
“Il rimodellamento dei tessuti per la riparazione dei tendini è particolarmente difficile da realizzare”, ha affermato Ali Khademhosseini, Ph.D., Direttore e CEO di TIBI. “Il lavoro svolto in questo studion fa avanzare in modo significativo tale risultato”.
La ricerca è stata pubblicata su Small.
Fonte:NanoMicro Small
