Decellularised matrix and stem cells to rebuild damaged muscle: an innovative approach of regenerative medicine

Il muscolo scheletrico ha un’intrinseca capacità rigenerativa grazie all’attività svolta dalle cellule satelliti. In presenza di danni estesi però tali capacità rigenerative possono essere compromesse. In queste situazioni un approccio di medicina rigenerativa può costituire una soluzione promettente. Questo progetto è focalizzato sull’ernia diaframmatica congenita, patologia neonatale caratterizzata da un’incompleta formazione del diaframma, con incidenza di 1 su 2,500-3,000 neonati e un alto tasso di mortalità. Attualmente, il materiale più usato per il riparo dell’ernia è il politetrafluoroetilene (Gore-Tex[R]), tuttavia il suo utilizzo può causare effetti collaterali, come la ricorrenza dell’ernia e malformazioni della cassa toracica. Grande interesse è stato rivolto a soluzioni di ingegneria tissutale, come l’uso di matrici extracellulari decellularizzate. Quando trapiantate in vivo esse riescono ad integrarsi in maniera fisiologica con il tessuto nativo e reclutano cellule staminali, modulando il loro comportamento verso un processo rigenerativo. Lo scopo di questo progetto è caratterizzare un approccio di ingegneria tissutale basato sull’uso di matrici decellularizzate come soluzione alternativa all’attuale metodo per il riparo l’ernia. L’obiettivo è chiudere il difetto sul diaframma ed indurne la rigenerazione. In vivo, abbiamo creato il primo modello murino di ernia diaframmatica e abbiamo riparato il difetto usando una matrice decellularizzata. Il politetrafluoroetilene espanso (ePTFE) è stato usato come controllo. Il trapianto di matrici decellularizzate non ha causato rigetto o ricorrenza dell’ernia, a differenza degli animali trattati con ePTFE. Inoltre, ePTFE ha indotto una reazione da corpo estraneo che era completamente assente negli animali trattati con la matrice biologica. Ci siamo poi concentrati su tre aspetti fondamentali della rigenerazione: la formazione di nuovo tessuto muscolare, angiogenesi e re-innervazione. In tutti i casi la matrice biologica ha dimostrato di essere migliore di quella sintetica. La prolungata attivazione della rigenerazione muscolare insieme ai processi angiogenici e di re-innervazione indotti dalla matrice extracellulare si sono tradotti in un generale miglioramento delle funzioni diaframmatiche rispetto a quanto ottenuto negli animali con ePTFE. Nonostante i risultati positivi, la matrice extracellulare non era in grado di indurre una completa rigenerazione del difetto. Perciò abbiamo messo a punto una tecnica di ingegneria tissutale per ricreare in vitro tessuti diaframmatici ricellularizzando matrici decellularizzate con precursori muscolari umani. Lo scopo era di ottenere dei possibili costrutti paragonabili al muscolo scheletrico da usare per il riapro dell’ernia in modo da stimolare maggiormente la generazione di nuove miofibre e migliorare la funzionalità tissutale. I precursori muscolari umani erano in grado di attecchire sulla matrice decellularizzata, di ripopolarla in tutto il suo spessore e di differenziare dando origine a miotubi attivi metabolicamente. Inoltre, una sottopopolazione di cellule manteneva le caratteristiche tipiche delle cellule satelliti, dimostrando di saper rispondere in vitro ad un danno. Visti i risultati positivi ottenuti usando la matrice decellularizzata, il passaggio successivo per avvicinarsi alla cinica è rappresentato dall’utilizzo di modelli animali più grandi. Inoltre, la ricellularizzazione potrebbe essere migliorata grazie a stimolazione meccanica, a sistemi di perfusione e all’aggiunta di altri tipi cellulari (cellule endoteliali e neurali) con lo scopo di ottenere un costrutto più completo per possibili applicazioni pre-cliniche e cliniche. Infine, le due parti di questo progetto potrebbero essere unite in futuro riparando il difetto sul diaframma usando matrici biologiche ricellularizzate al fine di favorire la rigenerazione e ridurre gli svantaggi legati all’uso delle matrici sintetiche.