Effetti biologici delle forze meccaniche esterne sui tessuti molli: ottimizzazione preclinica per l'applicazione translazionale in chirurgia rigenerativa. Biological effects of external mechanical forces on soft tissues: preclinical optimization for translational application in regenerative surgery

La chirurgia ricostruttiva si basa sul trasferimento di tessuti da un distretto corporeo ad un altro al fine di riparare un difetto tissutale causato da un trauma, un tumore, una malattia cronica, o una malformaizoen congenita. Questo trasferimento chirurgico compromette la vascolarizzazione (e quindi il support metabolico) dei tessuti trasferiti, mettendoli a rischio per complicanze ischemiche quali la necrosi, laguarigione inefficace delle ferite, o la sovrainfezione batterica. L'induzione di fenomeni angiogenici nei tessuti prima della chirurgia (pre-condizionamento) limita le complicanze ischemiche e migliora I risultati chirurgici; tuttavia, pochissime strategie di pre-condizionamento sono oggi disponibili nella pratica clinica. Il primo obiettivo di questa ricerca era di migliorare gli attuali standard in chirurgia ricostruttiva attraverso lo sviluppo di tecniche traslazionali in grado di aumentare la vascolarizzazione dei tessuti in maniera efficace e sicura. Al fine di raggiungere tale obiettivo abbiamo ottimizzato, usando modelli preclinici animali rappresentativi di condizioni cliniche controllate, un metodo che adopera una stimolazione meccanica esterna non invasiva tramite pressione negativa (Espansione Volumetrica Esterna, EVE) per precondizionare I tessuti attraverso l'induzione di fenomeni angiogenici causati da una ischemia transitoria. Tramite questa strategia di ottimizzazione sequenziale in un modello murino abbiamo definite i parametri di trattamento ottimali di EVE (frequenza, livelli di pressione, durata, interfaccia di trattamento) in grado di bilanciare l'induzione di angiogenesis con l'attenuazione del danno ischemico causato ai tessuti, e con la durata di trattamento. L'ottimizzazione di EVE (brevi, cicliche stimulazioni a suzione moderata) ha dimostrato la capacità di raddoppiare la densità vascolare dei tessuti stimulati dopo solo 5 giorni di trattamento. I nostri risultati hanno anche dimostrato che l'uso di interfacce di trattamento a micro-deformazione garantisce il mantenitmento degli stessi effetti biologici di EVE ma allo stesso tempo reduce il danno cutaneo causato ai tessuti tramite la distribuzione delle forze meccaniche su tutto il tessuto stimulato. I nostri modelli sperimentali hanno confermato che l'ottimizzazione di EVE permette di aumentare significativamente (+20-30%) la sopravvivenza dei tessuti trasferiti (ad esempio il tessuto adiposo), e che gli stessi effetti possono essere osservati in modelli di vascolarizzazione cutanea patologica (ad esempio la cute di soggetti affetti da diabete di tipo 2). Inoltre, abbiamo confermato che EVE induce la vascolarizzazione e la proliferazione (adipogenesi) dei tessuti molli sia quando utilizzara come metodo di pre-condizionamento (prima della chirurgia) dei tessuti sia quando utilizzata come metodo di post-condizionamento (dopo la chirurgia). Come secondo obiettivo di questa ricerca abbiamo integrato le conoscenze acquisite sull'applicazione di EVE ai tessuto molli all'uso di una matrice adiposa allogenica (AAM) -ottenuta tramite decellularizzazione di tessuto adipose umano, caratterizzata da proprietà bio-mimetiche, e realizzata in una formulazione iniettiabile "pronta all'uso" - con lo scopo di sviluppare una strategia innovativa e mini-invasiva per la rigenerazione in vivo di tessuto molli. In un modello animale abbiamo testato il potenziale della AAM di rigenerare i tessuti molli quando utilizzata in combinazione con EVE. Questa strategia ha portato ad un significativo aumento volumetrico (+50-80% a 12 settimane) ed un miglioramento della struttura istologica dei tessuti molli ricostruiti in comparazione ai risultati ottenuti con le terapie standard attuali (innesti di tessuto adiposo). Abbiamo evidenziato come la AAM sia in grado di indurre sia fenomeni adipogenici che fenomeni angiogenici: l'applicazione combinate di AAM e innesti di tessuto adiposo, invece, mitigano I risultati ottenibili con l'uso esclusivo della AAM. In conclusion, i nostril studi suggeriscono che EVE è in grado di migliorare i risultati ottenibili in chirurgia ricostruttiva attraverso un incremento, sicuro e rapido, della vascolarizzazione dei tessuto molli, in aggiunta all'efftto adipogenico (mediato da stimolazione meccanica diretta ed edema dei tessuti) gia descritto nella precedente letteratura e qui confermato dai nostril risultati. L'utilizzo di EVE con l'AAM, invece, può, efficacemente e sinergisticamente, indurre fenomeni rigenerativi dei tessuto molli in vivo. Questi principi traslazionali sono pronti per essere validati in trial clinici e, qualora I loro risultati venissero confermati, potrebbero porre le basi per lo sviluppo di nuovi paradigm terapeutici in chirurgia ricostruttiva e in chirurgia rigenerativa, per il beneficio di un grande numero di pazienti