Crescita muscolare-Immagine Credit Public Domain-
I bioingegneri della Rice University stanno fabbricando e testando impalcature elettrofilate sintonizzabili completamente derivate dal muscolo scheletrico decellularizzato per promuovere la rigenerazione del muscolo scheletrico danneggiato.
Il loro articolo pubblicato su Science Advances, mostra come si può creare una matrice extracellulare naturale per imitare il muscolo scheletrico nativo e dirigere l’allineamento, la crescita e la differenziazione dei miotubi, uno degli elementi costitutivi del muscolo scheletrico. Gli scaffold bioattivi sono realizzati in laboratorio tramite elettrofilatura, un processo ad alto rendimento in grado di produrre fibre su scala di un singolo micron.
Miotubi allineati formati su impalcature di matrice extracellulare elettrofilate prodotte presso la Rice University. La colorazione con tag fluorescenti mostra l’espressione delle cellule del marcatore miogenico desmin (verde), actina (rosso) e nuclei (blu) dopo sette giorni di crescita. Credito immagine: Mikos Research Group
La ricerca potrebbe alleggerire l’onere di eseguire circa 4,5 milioni di interventi chirurgici ricostruttivi all’anno per riparare le ferite subite da civili e personale militare.
Gli attuali metodi di elettrospinning del muscolo decellularizzato richiedono un copolimero per aiutare nella fabbricazione dell’impalcatura. Il processo Rice no.
“La principale innovazione è la capacità di preparare scaffold che sono al 100% matrice extracellulare”, ha affermato il bioingegnere e ricercatore principale Antonios Mikos della Brown School of Engineering della Rice. “Questo è molto importante perché la matrice include tutti i motivi di segnalazione che sono importanti per la formazione del particolare tessuto”.
Le impalcature sfruttano i segnali bioattivi del muscolo decellularizzato con le proprietà del materiale sintonizzabile offerte dall’elettrofilatura per creare un materiale ricco di segnali biochimici e topografia altamente specifica. Il materiale è progettato per degradarsi quando viene sostituito da nuovi muscoli all’interno del corpo.
Gli esperimenti hanno rivelato che le cellule proliferano meglio quando gli scaffold non sono saturati con un agente di reticolazione, consentendo loro di accedere ai segnali biochimici all’interno della matrice dello scaffold.
L’elettrospinning ha permesso ai ricercatori di modulare la densità dei legami incrociati. I ricercatori hanno scoperto che la reticolazione intermedia portava a una migliore ritenzione dell’allineamento delle fibre durante la coltura cellulare.
Le fibre allineate prodotte tramite elettrofilatura possono essere utilizzate per formare un’impalcatura regolabile per la crescita di nuovi muscoli, secondo i bioingegneri della Rice University. Queste fibre sono state fabbricate con matrice extracellulare di muscolo scheletrico decellularizzato su un mandrino che gira a 3.000 rotazioni al minuto. Credito immagine: Mikos Research Group
La maggior parte della matrice decellularizzata per la rigenerazione muscolare proviene da membrane sottili come la pelle o il tessuto dell’intestino tenue. “Ma per il muscolo, poiché è spesso e più complesso, la matrice deve essere di dimensioni più piccole clinicamente rilevanti e le proprietà del materiale originale vengono perse”, ha detto l’autrice principale dello studio Mollie Smoak della Rice. “Quando hai finito di prepararla, la matrice non assomiglia al materiale originale. Nel nostro caso, l’elettrofilatura è stata la chiave per rendere questo materiale molto sintonizzabile e farlo assomigliare a quello che era una volta“, ha detto.
“L’elettrofilatura può generare fibre altamente allineate, molto simili all’architettura che si trova nel muscolo scheletrico e con tutti i segnali biochimici necessari per facilitare la creazione di tessuto muscolare vitale”, ha detto Mikos.
Ricercatori della Rice University, Katie Hogan a sinistra e Mollie Smoak, si preparano a fabbricare un’impalcatura con un elettrofilatore. Gli scaffold derivati dal muscolo scheletrico decellularizzato sono progettati per promuovere la rigenerazione del muscolo scheletrico danneggiato. Foto di Jeff Fitlow, Rice University
Mikos ha affermato che l’utilizzo di materiali naturali piuttosto che sintetici è importante per un altro motivo. “La presenza di un materiale sintetico, e in particolare dei prodotti di degradazione, può avere un effetto negativo sulla qualità del tessuto che alla fine si forma“, ha affermato. “Per un’eventuale applicazione clinica, potremmo utilizzare un muscolo scheletrico o una matrice da una fonte appropriata perché siamo in grado di rimuovere in modo molto efficiente il DNA che può suscitare una risposta immunitaria”, ha affermato Mikos. “Riteniamo che ciò possa renderlo adatto a tradurre la tecnologia per gli esseri umani”.
Smoak ha affermato che il processo di elettrofilatura può produrre impalcature muscolari di qualsiasi dimensione, limitate solo dai macchinari.
“Siamo fortunati a collaborare con un certo numero di chirurghi che vedono la promessa in questo materiale utilizzato per applicazioni muscolari craniofacciali oltre a lesioni sportive o traumatiche a grandi muscoli”, ha detto Mikos. “Questi includerebbero i muscoli di animazione del tuo viso che sono molto fini e hanno architetture molto precise e consentono cose come le espressioni facciali e la masticazione”.
Fonte: Rice University
