Idrogeli con sferoidi di cellule staminali adipose per interventi mini-invasivi di rigenerazione ossea o cartilaginea

Abstract

Introduzione Lo xiloglucano (XG) è un polisaccaride sia di struttura che di riserva, perché svolge il ruolo di matrice nelle pareti cellulari delle piante superiori ma è anche presente in alcuni semi, tra i quali tamarindo. Lo xiloglucano da semi di tamarindo è disponibile in commercio, è un polimero biocompatibile, approvato dalla FDA per uso alimentare. È caratterizzato da uno scheletro di b-(1, 4)-D-glucano parzialmente sostituito da a-(1, 6)-D-xilosio e b-(1, 2)-D- galattossilosio. La scissione enzimatica di alcuni dei residui di galattosio fornisce allo XG proprietà di gelificazione indotte da variazioni di temperatura. In particolare, quando viene rimosso il 35% circa dei residui di galattosio, le dispersioni acquose di XG parzialmente degalattosilato (dXG) sono caratterizzate da una temperatura di transizione sol-gel di ~25 °C ed una temperatura di transizione gel-sol di ~100 °C. Quindi, dXG può essere utilizzato come polimero che gelifica in situ a temperatura corporea (37 °C). [1] Soluzioni polimeriche biocompatibili mescolate a cellule staminali possono essere molto utili per interventi mini- invasivi di rigenerazione tissutale che intendono sfruttare l’elevato potenziale rigenerativo di queste cellule. La formazione del gel nel sito di iniezione può evitare la diffusione incontrollata delle cellule e favorire l’integrazione del tessuto di neoformazione con quelli circostanti; può fornire alle cellule staminali le migliori condizioni per la loro sopravvivenza, per il differenziamento e la proliferazione. La disponibilità di cellule staminali di qualità è un aspetto altrettanto importante. Le cellule staminali mesenchimali isolate da tessuto adiposo (ASC) hanno il vantaggio di essere abbondanti e pluripotenti. Se isolate sotto forma di sferoidi tridimensionali (SASCs) sono caratterizzate da un più alto potenziale rigenerativo. [2] Abbiamo di recente dimostrato che l'incorporazione di SASCs in idrogeli di dXG contenti opportuni fattori solubili è una metodologia efficace per garantire la vitalità delle SASCs e preservarne la staminalità. [3] Si è perseguito quindi l’obiettivo di dimostrare che attraverso la semplice modificazione del mezzo condizionante aggiunto insieme alle SASCs alle dispersioni di dXG sia possibile indurre il loro differenziamento in osteoblasti o in condrociti e che queste formulazioni siano effettivamente iniettabili. Sono allo studio anche le correlazioni tra la struttura e le proprietà del gel, la loro evoluzione nel tempo e la risposta cellulare in termini di colonizzazione dello scaffold e potenziale di rigenerazione dei tessuti. Materiali e metodi Materiali Xiloglucano degalattosilato (dXG), grado di degalattosilazione: 45%; sferoidi di cellule staminali adopose umane (SASCs); StemPro® Chondrogenesis Differentiation kit (CDM); StemPro® Osteogenesis Differentiation Kit (ODM). Reggio Calabria, 5-8 Settembre 2021 AICIng 2021 1 Volumi noti delle dispersioni polimeriche di dXG (2%p, 3%p e 5%p) e sono stati miscelati con uguali volumi di acqua, CDM o ODM ed incubati a 37 °C per 10 min (T0), 7giorni (T7) e 21 giorni (T21). Le analisi reologiche sono state eseguite utilizzando un reometro AR G2 (TA Instruments): a 25 °C per le misure di viscosità; a 37 °C, nell'intervallo di frequenza 0.1-10 Hz e con uno strain di circa 7x10-3 per le misure dinamico-meccaniche in frequenza. Le indagini morfologiche sono state condotte con un microscopio a scansione elettronica (FESEM-JEOL) a 10kV su idrogeli liofilizzati. I test di rigonfiamento ed erosione in PBS sono stati eseguiti attraverso misure gravimetriche dopo incubazione a 37 °C per intervalli di tempo prestabiliti. L’iniettabilità delle formulazioni è stata valutata attraverso misure reologiche e di stress-strain con un Instron 3365 collegando la traversa ad una siringa con ago 23G. I test di vitalità MTS delle SASCs negli idrogeli sono stati eseguiti a 7 e 21 giorni. Il differenziamento è stato v