Overview dell'ingegneria dei tessuti

L'ingegneria tissutale è un campo della medicina rigenerativa che utilizza cellule, biomateriali e molecole biologicamente attive per creare, riparare o sostituire i tessuti. Il tessuto naturale è costituito da un componente strutturale, la matrice extracellulare, o ECM, e le cellule tessuto-specifiche che lo abitano. Il tessuto ingegnerizzato mira ad assomigliare il più possibile al tessuto naturale, utilizzando componenti strutturali naturali o ingegnerizzati e cellule tessuto-specifiche. Questo video introdurrà il campo dell'ingegneria tissutale, dimostrerà alcune tecniche e sfide comuni nel campo e introdurrà alcune applicazioni di questa tecnologia.

Per prima cosa, diamo un'occhiata ai componenti tipici del tessuto ingegnerizzato. Il tessuto si forma creando prima un'impalcatura utilizzando un biomateriale. L'impalcatura tissutale ha lo scopo di fornire struttura e imitare l'ECM naturale. L'impalcatura tissutale può assumere molte morfologie diverse, come un tappetino in fibra o un idrogel, a seconda del tipo di tessuto desiderato. In ogni caso, il biomateriale utilizzato deve promuovere l'adesione cellulare e l'interazione cellulare desiderabile. In alternativa, un'impalcatura decellularizzata da un organo donatore può anche essere utilizzata per fornire struttura al nuovo tessuto. Il componente successivo sono le celle. Tutti i tessuti utilizzano cellule viventi, che definiscono il tipo di tessuto. Ad esempio, i fibroblasti sono usati per fare la pelle e i condrociti sono usati per fare la cartilagine. Le cellule utilizzate nel tessuto ingegnerizzato possono provenire da diverse fonti. Le cellule primarie vengono estratte dal tessuto nativo, che richiede che il tessuto nativo venga tritato e digerito con un enzima per rilasciare le cellule. In alternativa, è possibile utilizzare celle secondarie, disponibili da un banco di celle. Tuttavia, queste cellule non sono specifiche del paziente e possono causare il rigetto. Infine, possono essere utilizzate anche le cellule staminali, che sono cellule indifferenziate che sono in grado di dare origine a diverse forme di cellule specializzate, o replicarsi. Per creare il tessuto, le cellule selezionate vengono seminate sull'impalcatura del tessuto, insieme ai fattori di crescita necessari per incoraggiare la formazione del tessuto. Le impalcature seminate vengono quindi lasciate crescere in una coltura statica. In alternativa, i reattori specializzati per la coltura tissutale possono essere utilizzati per seminare e far crescere il tessuto ingegnerizzato.

Ora che i componenti del tessuto ingegnerizzato sono stati introdotti, diamo un'occhiata ad alcuni metodi comuni utilizzati sul campo. La fabbricazione dell'impalcatura tissutale può essere il fattore più critico nel determinare le proprietà meccaniche del tessuto. Una morfologia popolare dell'impalcatura è l'impalcatura elettrosalva, che è un tappeto di fibre su microscala. L'elettrofilatura avviene applicando una tensione tra una piastra di raccolta e la punta di una siringa contenente il biomateriale. Questo crea microfibre, che possono essere raccolte fino a quando il tappetino non raggiunge i requisiti necessari per l'impalcatura. Deve avere micropori interconnessi per consentire alle cellule e ai nutrienti di migrare; superficie adeguata per favorire l'adesione cellulare; e proprietà meccaniche che corrispondono al tessuto nativo. Successivamente, una tecnica chiave utilizzata per far crescere il tessuto è un reattore di coltura tissutale. Le impalcature tissutali sono spesso seminate con cellule attraverso tecniche di goccioline o immersione e lasciate crescere in coltura stagnante. Tuttavia, il tessuto naturale, come i vasi sanguigni, cresce sotto stimolazione meccanica. I reattori di coltura tissutale mirano a imitare le condizioni fisiologiche, come il flusso pulsatile nelle arterie, al fine di influenzare il comportamento e la crescita delle cellule endoteliali e muscolari nell'arteria.

Tuttavia, ci sono molte sfide affrontate in questo campo. La principale limitazione del tessuto ingegnerizzato in vitro è la mancanza di sistemi di vasi sanguigni. I tessuti naturali possiedono la vascolarizzazione, che fornisce sostanze nutritive e rimuove i rifiuti. Tuttavia, il tessuto ingegnerizzato si basa fortemente sulla diffusione, che limita l'apporto di nutrienti e le dimensioni dei tessuti. Una strategia per la vascolarizzazione si concentra sull'uso di scaffold sintetici con vascolarizzazione incorporata, che potrebbe aiutare a fornire nutrienti al tessuto. Sebbene i benefici del tessuto ingegnerizzato siano di vasta portata, è difficile produrre tessuto su una scala abbastanza grande per l'uso clinico. Per l'impianto, le cellule devono prima essere raccolte dal paziente e quindi espanse e coltivate su un'impalcatura. Ciò richiederebbe sistemi di coltura cellulare separati per ciascun paziente. Oltre alla notevole quantità di tempo necessaria per questi passaggi, le sfide normative e i costi elevati rendono questo difficile da implementare ampiamente a questo punto.

Ora che hai visto alcuni dei metodi e delle sfide attuali dell'ingegneria tissutale, diamo un'occhiata ad alcune applicazioni della tecnologia. L'ingegneria tissutale può essere utilizzata nella guarigione di ferite croniche o ustioni. Un metodo consiste nell'utilizzare un'impalcatura tissutale contenente fattori di crescita ma nessuna cellule. La matrice decellularizzata favorisce la migrazione delle cellule e favorisce la crescita dei tessuti. In alternativa, per le ferite profonde, è possibile utilizzare una matrice contenente cellule, che si integra nel tessuto dell'ospite. Alla fine, i ricercatori mirano a essere in grado di sostituire completamente gli organi danneggiati. Attualmente, questo è affrontato usando la cultura degli organi. In primo luogo, l'organo donatore, come un polmone in questo caso, viene decellularizzato e la sua struttura nativa mantenuta, quindi il polmone viene ricellularizzato con cellule del paziente. Ciò limiterebbe il rifiuto e la necessità di una corrispondenza con il donatore.

Hai appena guardato la panoramica di Jove sull'ingegneria tissutale. Ora dovresti avere familiarità con alcuni concetti e metodi di base sul campo, nonché alcune sfide e applicazioni chiave. Grazie per l'attenzione.