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Le ferite croniche, spesso legate a un'infiammazione eccessiva, richiedono una gestione tempestiva per prevenire gravi complicazioni come infezioni e necrosi tissutale, che possono portare ad amputazioni. Nonostante i progressi, i trattamenti attuali rimangono costosi, scomodi, hanno effetti collaterali e hanno un'efficacia limitata, evidenziando la necessità di medicazioni più curative 1,2,3. Lo sviluppo di una nuova generazione di medicazioni specificamente progettate per le ferite croniche è essenziale per affrontare queste sfide. Inoltre, la natura complessa della guarigione delle ferite richiede materiali di medicazione con una gamma di proprietà, tra cui idratazione, flessibilità, adesione, bioattività e biodegradabilità4. Questo studio mira a sviluppare una medicazione per ferite bioingegnerizzata che integri vescicole extracellulari (EV) con un'impalcatura biostampata in 3D con guaina centrale per fornire un ambiente terapeutico controllato e accelerare la guarigione delle ferite croniche.
Le vescicole extracellulari derivate dalle cellule staminali aiutano la guarigione cronica delle ferite promuovendo le risposte antinfiammatorie, la crescita cellulare, la migrazione e la formazione dei vasi sanguigni5. Inoltre, le vescicole extracellulari possono fornire molecole bioattive, tra cui farmaci a piccole molecole, costrutti genici e proteici per la gestione delle ferite croniche6. Inoltre, la loro capacità di proteggere il carico dalla degradazione enzimatica migliora la stabilità e la biodisponibilità degli agenti terapeutici, offrendo vantaggi distinti rispetto ai fattori di crescita convenzionali e ai farmaci a piccole molecole, che spesso si degradano rapidamente in vivo7. Nonostante questi vantaggi, la somministrazione efficiente e prolungata di vescicole extracellulari ai tessuti bersaglio rimane una sfida significativa.
Gli scaffold di bioprinting 3D possono fungere da piattaforma di consegna per le vescicole extracellulari per potenziarne gli effetti terapeutici8. Questi scaffold imitano gli ambienti cellulari naturali e consentono il rilascio controllato di vescicole extracellulari 9,10. Inoltre, proteggono le vescicole extracellulari dalla degradazione, migliorando la stabilità dei loro microRNA e delle loro proteine11. Han et al. hanno dimostrato che le vescicole extracellulari possono essere efficacemente rilasciate da scaffold GelMA biostampati in 3D. Questo rilascio ha portato a un migliore attaccamento cellulare e a un aumento dell'espressione genica correlata alle vie di meccanotrasduzione nelle cellule staminali mesenchimali del cuscinetto adiposo buccale umano (hBFP-MSC) seminate sugli scaffold12. Born et al., ottimizzando la concentrazione del reticolante, hanno ottenuto un rilascio controllato delle vescicole extracellulari. Questo approccio si è dimostrato efficace nel promuovere l'angiogenesi e offre un metodo promettente per la somministrazione regolata di EV13.
La biostampa 3D Core-sheath consente la creazione di strutture complesse e multi-materiale stampando un materiale di base racchiuso in una guaina. Il nucleo può includere cellule, fattori di crescita o farmaci, mentre la guaina offre supporto meccanico e protezione o funge da barriera. Questo metodo ha applicazioni nell'ingegneria tissutale e nella medicina rigenerativa, come lo sviluppo di reti vascolari, l'imitazione delle strutture tissutali naturali e la creazione di sistemi di somministrazione di farmaci. Consente un controllo preciso sulla distribuzione e la composizione dei materiali, migliorando la funzionalità e la rilevanza biologica dei costrutti. Rispetto alle tecniche alternative, il bioprinting 3D core-sheath fornisce un controllo preciso sulla distribuzione e la composizione del materiale, migliorando la funzionalità e la rilevanza biologica dei costrutti14,15.
La degradazione ingegnerizzata nelle medicazioni delle ferite offre vantaggi quali la riduzione del disagio durante i cambi, un ambiente umido per la guarigione e il controllo delle infezioni, una somministrazione terapeutica tempestiva e una rigenerazione tissutale ottimale 16,17,18. Gli idrogel di alginato (Alg) e carbossimetilcellulosa (CMCh) sono biocompatibili ed efficaci per vescicole extracellulari (EV) sulle ferite, migliorando la guarigione attraverso la comunicazione cellulare e la riduzione dell'infiammazione18. In questo studio, le vescicole extracellulari sono state integrate in un nucleo di Alg, mentre una guaina di CMCh e AlgLiasi (AlgLiasi) è stata utilizzata per consentire una rapida degradazione della medicazione e la somministrazione di vescicole extracellulari. Questo design della guaina centrale facilita il rilascio rapido delle vescicole extracellulari in risposta alla degradazione dell'impalcatura, migliorandone l'efficacia terapeutica e affrontando i limiti dei trattamenti esistenti per le ferite croniche. L'obiettivo principale di questo studio è sviluppare una medicazione bioingegnerizzata che migliori la guarigione delle ferite integrando il rilascio controllato di vescicole extracellulari con un'impalcatura degradabile in modo reattivo, migliorando in ultima analisi i risultati del trattamento per le ferite croniche.