Scaffold in fibroina di seta per rigenerare i tessuti con le staminali

Studio pubblicato sulla rivista internazionale “Applied Sciences”, a cura dell’istituto Superiore di Sanità e dell’Università La Sapienza di Roma.

“Applied Sciences” è una rivista internazionale che si occupa di tutti gli aspetti delle scienze naturali applicate, pubblicata mensilmente online da MDPI.
E’ consultabile liberamente da parte dei lettori e gli articoli pubblicati sono sottoposti ad una revisione da parte di specialisti dello stesso settore disciplinare.

Questo articolo, fra i tanti pubblicati sull’argomento, è di particolare interesse per il GO Serinnovation in quanto gli studi sono stati portati avanti grazie alla fornitura di cortecce da parte del CREA di Padova che, allo scopo, ha utilizzato i bozzoli prodotti dagli agricoltori nell’ambito del progetto.


Informazioni sullo Special Issue (edizione speciale)

Progressi nelle applicazioni biomediche: biomateriali, dispositivi medici e medicina rigenerativa.
Questo articolo fa parte di un numero speciale che invita a scrivere articoli che trattano ricerche originali sui progressi nei biomateriali applicati e nella medicina rigenerativa per applicazioni biomediche innovative, nonché per migliorare lo stato delle conoscenze relative ai risultati che possono essere applicate nella progettazione, caratterizzazione e valutazione degli aspetti critici. I potenziali argomenti includono – ma non sono limitati – alle applicazioni in odontoiatria, odontostomatologia, ortopedia e chirurgia maxillo-facciale.


Dai bozzoli di seta, i supporti in fibroina per cellule staminali con applicazioni in ingegneria tissutale*, medicina rigenerativa e oncologia.

Articolo pubblicato il 30/11/2021 nella sezione Bioscienze applicate e bioingegneria: “Gli scaffold di fibroina di seta come biomateriali per colture tridimensionali di cellule stromali mesenchimali”.

Gli scaffold biodegradabili tridimensionali svolgono un ruolo importante per ricreare un ambiente simile all’architettura cellulare e a quello della matrice extracellulare per indurre la formazione di tessuti; insieme alle tecnologie che si basano sulle cellule staminali, si ritiene che abbiano un enorme potenziale per la rigenerazione dei tessuti. Per la loro produzione sono stati studiati diversi biomateriali, naturali e sintetici, bioriassorbibili e permanenti. La fibroina della seta, una proteina fibrosa prodotta dai bachi da seta, grazie alle sue straordinarie proprietà meccaniche, fisiche, biologiche e di biodegradabilità, ha ottenuto grande attenzione per le applicazioni biomediche ed è considerata un biomateriale promettente per l’ingegneria del tessuto osseo utilizzata per generare scaffold in vari formati come idrogel, sfere, capsule, film e spugne.
Il modo più comune per coltivare cellule nell’ingegneria dei tessuti è utilizzare un’impalcatura su cui possono essere seminate cellule specifiche. Recentemente, si è registrata una crescente attenzione sulle potenziali applicazioni delle cellule mesenchimali stromali/staminali (MSC)*, che possono essere isolate da un’ampia varietà di tessuti adulti (midollo osseo, polpa dentale e tessuto adiposo) e dal tessuto del cordone ombelicale fetale. In questo studio, gli scaffold in fibroina sono stati progettati, prodotti e analizzati mediante una metodica multisettoriale basata su micro-TC (tomografia microcomputerizzata), microscopia elettronica a scansione ad emissione di campo (FE-SEM) e microscopia a scansione laser confocale (CLSM). La caratterizzazione strutturale dello scaffold in fibroina progettato può aiutare a comprendere la fattibilità del loro uso come biomateriali per supportare colture cellulari 3D in applicazioni di ingegneria tissutale e medicina rigenerativa, utilizzando in particolare le cellule mesenchimali stromali della gelatina del cordone ombelicale di Wharton umano (WJ-MSC)**.

* L’ingegneria tissutale, applicazione pratica della medicina rigenerativa, è una scienza multidisciplinare che ha lo scopo di costruire protesi biologiche o organi biologici per il trapianto nel paziente, attraverso la semina di cellule staminali su appositi supporti (scaffold) e in presenza di specifici fattori di crescita (proteine segnale).
* Le cellule mesenchimali stromali/staminali sono quelle cellule con caratteristiche biologiche particolari, che sono in grado cioè di replicarsi e di differenziarsi.
**La gelatina di Wharton è una sostanza gelatinosa che si trova nel cordone ombelicale e che serve a proteggere e a isolare i vasi ombelicali.

 

ABSTRACT

La fibroina della seta, una fibra a base proteica estratta dai bozzoli del Bombyx mori, ha un grande potenziale per il campo biomedico, perché grazie alle sue caratteristiche naturali è utilizzabile come biomateriale processabile in vari formati e applicazioni. Gli obiettivi del presente studio erano di caratterizzare le proprietà strutturali degli scaffold di fibroina, sotto forma di spugne porose, e di studiare la loro capacità di supportare l’adesione di cellule mesenchimali stromali/staminali isolate dalla gelatina di Wharton umana del cordone ombelicale (WJ -MSC). L’adesione è un prerequisito per l’utilizzo dello scaffold di fibroina come biomateriale per supportare colture tridimensionali (3D) di WJ-MSC per diverse applicazioni. L’integrazione tra microtomografia computerizzata, analisi confocale e la microscopia elettronica a scansione di emissione di campo ha permesso di effettuare un’indagine approfondita basata su parametri morfologici quantitativi e osservazioni qualitative ad alta risoluzione. Gli elevati livelli di porosità, interconnessione e rapporto superficie di contatto – volume hanno confermato l’adeguatezza degli scaffold porosi in fibroina come supporti per le colture cellulari. È stato dimostrato che le cellule mesenchimali/stromali della gelatina di Wharton sono in grado di aderire e colonizzare lo scaffold di fibroina, applicabile come sistema di coltura cellulare 3D, per condurre esperimenti in vitro in un ambiente più controllato, e probabilmente per essere utilizzato nell’ingegneria dei tessuti, nella medicina rigenerativa e nelle applicazioni oncologiche.


Autori

Luisa Milazzo (1), Francesca Vulcano (1), Giampiero Macioce (1), Giovanna Marziali (1), Francesca Iosi (2), Lucia Bertuccini (2), Mario Falchi (3), Francesco Rech (4), Adele Giampaolo (1), Raffaella Pecci (5), Ilaria Campioni (6), Rossella Bedini (5).

(1) Dipartimento di Oncologia e Medicina Molecolare – Istituto Superiore di Sanità, Roma
(2) Core Facilities – Istituto Superiore di Sanità, Roma
(3) Centro Nazionale AIDS – Istituto Superiore di Sanità, Roma
(4) Dipartimento di Scienze della Salute Materno Infantile e Urologico – Università La Sapienza, Roma – Policlinico Umberto I, Roma
(5) Centro Nazionale Tecnologie Innovative per la Sanità Pubblica – Istituto Superiore di Sanità, Roma
(6) Ricercatore Indipendente, Roma

Redattrice accademica: Ana Paula Betencourt Martins Amaro

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