Questo studio presenta un protocollo standardizzato di descellularizzazione assistita da alcali per la fabbricazione di innesti nervosi periferici umani descellularizzati destinati alla rigenerazione del nervo periferico. Il protocollo integra il pretrattamento del nervo donatore, una descellularizzazione chimica controllata e un sistema di scambio delle soluzioni azionato da una pompa peristaltica in un flusso di lavoro chiaramente definito, consentendo la rimozione efficiente dei componenti cellulari e immunogeni preservando al contempo l'architettura nativa della matrice extracellulare (ECM).
Una caratteristica fondamentale di questo metodo è l'integrazione del trattamento alcalino con un'esposizione ridotta ai detergenti. I protocolli convenzionali basati su detergenti, come quello di Sondell (3% Triton X-100 e 4% SDC) e il metodo Hudson (sulfobetaine-10, sulfobetaine-16 e Triton X-200), si basano su trattamenti prolungati e multistep con detergenti per ottenere una efficace decellularizzazione9,10. Sebbene questi approcci rimuovano efficacemente i componenti cellulari, un'esposizione prolungata ai detergenti può compromettere l'integrità della matrice extracellulare (ECM) e contribuire a citotossicità residua legata ai detergenti19,20,21. Al contrario, il presente protocollo incorpora NaOH per potenziare la rimozione cellulare limitando al contempo l'esposizione all'SDC, riducendo così il carico complessivo di detergenti e favorendo la preservazione dell'architettura nativa della ECM.
Un altro aspetto fondamentale di questo protocollo è il sistema di scambio della soluzione azionato da una pompa peristaltica. A differenza degli approcci basati sulla perfusione, che possono esercitare una pressione interna sul tessuto e comportare il rischio di alterazioni strutturali21, questo sistema consente uno scambio continuo e controllato della soluzione all'interno di una colonna cromatografica. L'efficacia di questo approccio è confermata da diversi risultati analitici. L'analisi istologica e la quantificazione del DNA residuo hanno confermato una rimozione efficiente dei componenti cellulari, mentre l'analisi al microscopio elettronico a scansione (SEM) ha dimostrato il mantenimento dell'architettura nativa della matrice extracellulare (ECM). Inoltre, i bassi livelli residui di SDC e i risultati favorevoli relativi alla citocompatibilità hanno confermato la biocompatibilità dell'innesto ottenuto. Nel complesso, questi risultati indicano che il protocollo raggiunge un equilibrio tra una efficace descellularizzazione e la preservazione della struttura.
Diversi passaggi tecnici sono fondamentali per ridurre al minimo la variabilità procedurale e mantenere condizioni di lavorazione controllate. In primo luogo, è essenziale un'accurata manipolazione del segmento nervoso durante il taglio, il trasferimento e il lavaggio. Il tessuto nervoso periferico è meccanicamente fragile e una compressione, piegatura o tensione eccessiva possono alterare la struttura interna e compromettere la conservazione della matrice extracellulare19,20. Pertanto, i tessuti devono essere mantenuti umidi e manipolati con delicatezza per tutta la durata della procedura. In secondo luogo, lo scambio uniforme delle soluzioni all'interno della colonna è un fattore chiave per le prestazioni del processo. Le bolle d'aria all'interno della colonna devono essere ridotte al minimo e il tessuto deve rimanere completamente immerso e sospeso nella soluzione, evitando l'adesione alle pareti della colonna o al filtro. L'adesione del tessuto può causare uno scambio di soluzione non uniforme, riducendo l'efficienza del lavaggio e provocando un'esposizione incoerente ai reagenti di lavorazione21,22. In terzo luogo, il sistema azionato da pompa peristaltica deve funzionare in modo stabile per tutta la durata della procedura. È necessaria una circolazione continua per la delipidizzazione, la decellularizzazione e il lavaggio; pertanto, tutte le connessioni dei tubi devono essere fissate saldamente per evitare scollegamenti dovuti alla pressione o alle vibrazioni generate dalla pompa. Durante il recupero del campione, si deve evitare lo svuotamento completo della colonna. Mantenere un volume sufficiente di liquido aiuta a prevenire l'adesione del tessuto e facilita una manipolazione delicata durante il recupero.
Segmenti nervosi di lunghezza compresa tra 2 e 3 cm sono stati trattati con IPA, NaOH e SDC rispettivamente per 1,5, 6 e 6 h. I segmenti di lunghezza compresa tra >3 e 4 cm sono stati processati per 2, 8 e 8 h rispettivamente, mentre quelli di lunghezza compresa tra >4 e 5 cm sono stati trattati per 2,5, 10 e 10 h rispettivamente. Pertanto, la durata del trattamento è variata da 1,5 a 2,5 h per la delipidizzazione con IPA e da 6 a 10 h per ciascun passaggio di descellularizzazione. Tutti gli altri parametri di lavorazione, inclusi le concentrazioni dei reagenti, i volumi delle soluzioni e le procedure di lavaggio, sono stati mantenuti costanti tra i diversi gruppi di lunghezza. A seconda della configurazione del tubo, la portata è stata impostata entro il range specificato e mantenuta costante durante ogni ciclo di lavorazione. Le condizioni di processamento specifiche per la lunghezza sono riassunte nella Tabella 1. Le eventuali modifiche basate sul diametro del nervo, sullo spessore, sulla struttura fascicolare o sulla composizione cellulare e della matrice non sono state valutate sistematicamente e richiedono ulteriori studi23,24. Per applicazioni su scala maggiore, un sistema di pompa peristaltica multicanale potrebbe migliorare la produttività; tuttavia, è necessario verificare attentamente che le condizioni di flusso siano uniformi tra i diversi canali per garantire un trattamento omogeneo.
Restano diverse considerazioni per un'ulteriore ottimizzazione. Sebbene questo protocollo riduca sostanzialmente l'esposizione complessiva al detergente, il SDC è ancora incluso e futuri miglioramenti potrebbero concentrarsi sulla riduzione o sulla sostituzione dell'uso di detergenti, mantenendo al contempo l'efficienza della decellularizzazione e la preservazione della matrice extracellulare25,26. Inoltre, il tessuto del nervo periferico è per sua natura difficile da standardizzare a causa della variabilità nella struttura fascicolare, nel diametro, nello spessore e nella composizione cellulare e della matrice23,24. Durante la produzione su larga scala, queste differenze, insieme alle variazioni nel carico del tessuto e nelle condizioni di flusso, potrebbero contribuire alla variabilità tra lotti. Tuttavia, la riproducibilità da donatore a donatore e da lotto a lotto non è stata valutata sistematicamente nel presente studio. Pertanto, sarà necessaria un'ulteriore validazione mediante tessuti provenienti da più donatori e da lotti di produzione indipendenti, al fine di stabilire criteri appropriati di accettazione del tessuto, standardizzare i processi e garantire la riproducibilità tra i lotti.
Un'ulteriore limitazione riguarda la lunghezza dell'innesto. La capacità rigenerativa diminuisce all'aumentare della lunghezza dell'innesto, e questa limitazione dipendente dalla lunghezza potrebbe essere più marcata negli innesti nervosi acellulari rispetto agli autotrapianti3,27. Poiché gli innesti nervosi acellulari non contengono cellule di Schwann vitali residenti, dipendono dalla migrazione e proliferazione delle cellule di Schwann dell'ospite per sostenere la rigenerazione assonale27. Saheb-Al-Zamani et al. hanno riportato che una rigenerazione limitata nei lunghi innesti nervosi acellulari era associata a un aumento della senescenza delle cellule di Schwann27.
Tuttavia, uno studio in vivo precedente ha dimostrato che innesti nervosi umani descellularizzati a base di NaOH supportano un recupero funzionale e strutturale paragonabile a quello degli innesti autologhi in un difetto del nervo sciatico del coniglio di 15 mm28. Contreras et al. hanno inoltre dimostrato la rigenerazione assonale e il recupero funzionale utilizzando un innesto nervoso allogenico descellularizzato in un difetto del nervo peroneo di 70 mm in pecore29. Questi studi confermano il potenziale rigenerativo degli innesti nervosi descellularizzati, sebbene sia necessaria un'ulteriore valutazione degli innesti preparati mediante il presente protocollo su lunghezze clinicamente rilevanti. Gli innesti autologhi sono inoltre limitati dalla disponibilità del nervo donatore e richiedono una procedura aggiuntiva di prelievo, determinando un secondo sito operatorio e una morbosità del sito donatore4. Gli innesti nervosi allogenici acellulari potrebbero quindi rappresentare un'alternativa clinicamente rilevante quando non è disponibile un tessuto autologo sufficiente o quando il prelievo del nervo donatore risulta impraticabile.
In sintesi, questo protocollo fornisce un quadro pratico e adattabile per la preparazione di innesti nervosi periferici descellularizzati. L'attenzione posta sulla riduzione dell'esposizione ai detergenti, sullo scambio controllato delle soluzioni e sulla standardizzazione del processo supporta sia le applicazioni di ricerca sia un potenziale utilizzo traslazionale nella rigenerazione dei nervi periferici. Studi futuri dovrebbero concentrarsi ulteriormente su approcci privi di detergenti, sulla scalabilità del sistema e su una valutazione completa in vivo delle prestazioni rigenerative.