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da ACS Nano, vol 5 n°1, 227-236, 2001 Trapianto di scaffold a composti nanostrutturati porta alla rigenerazione in lesioni midollari croniche Fabrizio Gelain, Silvia Panseri, Stefania Antonini, Carla Cunha, Matteo Donega, Joseph Lowery, Francesca Taraballi, Gabriella Cerri, Marcella Montagna, Fausto Baldissera, and Angelo Vescovi Biotechnology and Biosciences Department, University of Milan-Bicocca, Milan 20126, Italy, Center for Nanomedicine and Tissue Engineering - A.O. Niguarda Ca’ Granda, Milan 20162, Italy, Institute for Soldier Nanotechnologies, Massachusetts Institute of Technology, Cambridge, Massachusetts 02139, United States, Department of Human Physiology, University of Milan, Milan 20133, Italy, and §IRCCS Casa Sollievo della Sofferenza, Opera di San Pio da Pietrelcina, San Giovanni Rotondo 71013, Italy Abstract La distruzione e perforazione di interi segmenti tissutali nella colonna vertebrale rappresenta una barriera insormontabile nella rigenerazione assonale e nella cura delle lesioni midollari. Per aggirare questa difficoltà abbiamo realizzato protesi neurali, assemblando nanofibre prodotte con filatura elettrostatica e peptidi autoassemblanti in canali conduttori a struttura mista, e le abbiamo impiantate in cisti di ratti con lesione midollare indotta in stato post-acuto, provvedendo anche una fornitura di citochine. Dopo sei mesi abbiamo osservato una cospicua ricostruzione della colonna vertebrale. La ciste è stata sostituita da un tessuto di recente formazione e comprendente cellule neurali e stomali. Fibre nervose sono state inframmezzate tra e all’interno dei canali conduttori, fissando la lesione, all’interno di una rete vascolare ben sviluppata, lamine basali e mielina. A ciò si è accompagnato un notevole miglioramento nell’attività delle fibre motrici ascendenti e discendenti e nella prestazione locomotoria complessiva. Perciò, inserendo matrici nanostrutturate nelle neuro protesi è possibile ricreare un framework anatomico, strutturale e istologico, che permette la sostituzione di larghe porzioni di tessuti perforati in colonne vertebrali con lesioni croniche, favorendo rigenerazione assonale e recupero neurologico. Conclusioni Con questo lavoro miravamo alla riparazione della lesione cronica della colonna vertebrale tentando di sostituire la ciste ripiena di liquido che si riscontra in tali lesioni con un conduttore neuroprotesico che portasse alla ricostruzione tissutale e alla rigenerazione assonale. Le fibre prodotte con filatura elettrostatica e i peptidi auto-assemblanti, assemblati in canali conduttori cavi, sono stati trapiantati nella cavità di lesioni midollari croniche e post-acute della colonna vertebrale toracica, in combinazione anche con citochine pro-rigenerative. Dopo sei mesi si è riscontrata una significativa ricostruzione anatomica in cui la ciste è stata sostituita da nuovo tessuto nervoso, in cui cellule neurali e stomali sono riscontrabili sia tra i canali riassorbenti sia al loro interno. Nella grande maggioranza dei microcondotti le fibre nervose rigeneranti erano presenti per tutta la lunghezza dei canali, tra una rete vascolare ben sviluppata, composti a lamina basale e mielina. Tutto questo accompagnato da un sensibile miglioramento dell’attività elettrofisiologica delle fibre motorie ascendenti e discendenti e la prestazione locomotoria nel test BBB (Basso, Beattie, Bresnahan). Gli sperimentatori erano all’oscuro dei trattamenti ricevuti da ciascun animale. Questo lavoro mostra che è possibile raggiungere un livello significativo di rigenerazione anatomica e funzionale in lesioni midollari croniche trapiantando scaffold multi-nanostrutturati in condizioni sperimentali che imitano il tipo di lesione che più spesso colpisce gli esseri umani. La rigenerazione assonale è ancora attiva sei mesi dopo il trapianto, il che dimostra che il margine di miglioramento potrebbe essere anche più ampio. Inoltre le fibre prodotte con filatura elettrostatica possono essere consolidate con praticamente qualsiasi materiale polimero e i loro diametri regolati su micro- e nanoscala. Perciò la loro combinazione in frame con peptidi auto-assemblanti offre il vantaggio di poter pre-orientare un’ampia area superficiale in scaffold a più dimensioni. Date l’ovunque elevata funzionalizzazione conseguibile con differenti segmenti bioattivi e l’adattabilità di capacità diffusive di peptidi auto-assemblanti a specifiche droghe, è oggi possibile creare scaffold bio-mimetici con le specifiche proprietà meccaniche e di degradazione richieste dalla neuroprotesica per l’applicazione terapeutica. Per tutte queste ragioni proponiamo il nostro studio come prototipo, fornendo la prova che una rigenerazione guidata spazialmente nella lesione midollare cronica può essere raggiunta utilizzando scaffold nanostrutturati. Dunque, considerando i nostri esperimenti come un promettente punto di partenza, l’immagine tomografica della cavità della ciste e la conseguente realizzazione di scaffold nanostrutturati personalizzati, una più vasta selezione di citochine che possono essere manipolate per un’azione prolungata, protesi inseminate con cellule staminali e una riabilitazione intensiva sono alcune delle tecniche sempre più complesse e raffinate che potranno forse portare allo sviluppo di terapie sperimentali sull’uomo. Traduzione di Elisa Leonzio, Torino, 11 aprile 2011 |
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