Ricercatori dell’Anschutz Medical Campus dell’Università del Colorado utilizzando tessuti ingegnerizzati in laboratorio, hanno creato un cerotto biodegradabile a tutto spessore, promette di correggere nei neonati i difetti cardiaci congeniti, limitando la necessità di molteplici interventi chirurgici invasivi e superando la durata degli attuali cerotti.
Jeffrey Jacot, professore associato di bioingegneria presso l’Università di Scuola di Medicina del Colorado, autore senior dello studio pubblicato nella rivista Materials Today, ha affermato:
«L’obiettivo finale è creare tessuto cardiaco coltivato in laboratorio dalle cellule del paziente che possa essere utilizzato per ristrutturare il cuore e correggere i difetti cardiaci».
L’ingegneria del tessuto miocardico presenta alcune sfide uniche: innanzitutto, il cuore è strutturalmente asimmetrico e ha una capacità rigenerativa limitata e massicce richieste metaboliche; in secondo luogo, gli scaffold utilizzati per riparare difetti cardiaci a tutto spessore, devono affrontare la sfida di un ambiente meccanico rigido che comprende pressioni elevate, sollecitazioni cicliche e contatto diretto con il sangue. E in terzo luogo, i cerotti di ingegneria tessutale devono essere funzionali dal momento in cui vengono impiantati.
Il team di ricercatori con queste sfide in mente, hanno utilizzato l’elettrofilatura – la creazione di nanofibre mediante l’applicazione di elettricità a una soluzione liquida – per creare un’impalcatura spessa e porosa di policaprolattone biodegradabile (PCL) e riempirla di fibrina, una proteina che è un importante componente dei coaguli di sangue. Lo scaffold è stato quindi seminato con cellule staminali pluripotenti indotte umane (iPSC) che, dopo tre settimane, si sono trovate a più della metà dello scaffold. Inoltre, l’impalcatura ha supportato la contrazione spontanea dei cardiomiociti derivati da iPSC e ha favorito l’ispessimento dei tessuti.
Jeffrey Jacot ha affermato:
«L’impalcatura è risultata meccanicamente valida per la riparazione della parete cardiaca. Le cellule vascolari sono state in grado di infiltrarsi per più della metà dello scaffold in coltura statica entro tre settimane».
Ogni anno in America nascono circa 10.000 bambini con un difetto cardiaco congenito complesso, nel primo anno di vita prevede un intervento chirurgico, alcune di queste operazioni richiedono l’impianto di un cerotto miocardiaco a tutto spessore, ma i materiali attualmente utilizzati non sono viventi e non degradabili, non crescono con il paziente e spesso falliscono perché non si integrano con il cuore, questi interventi sono in gran parte palliativi e prolungano la sopravvivenza solo fino al successivo intervento chirurgico.
Nuova patch progettata per la longevità
Il nuovo cerotto chiamato cerotto miocardico di ingegneria tessutale, potrebbe sopravvivere alle forze meccaniche della parete cardiaca e integrarsi nel cuore stesso. Idealmente, durerebbe finché vive il paziente.
Il team di ricercatori, come riportato nello studio, ha affermato:
«I materiali attualmente disponibili per i cerotti a disposizione dei cardiochirurghi pediatrici, sono esclusivamente non viventi e non degradabili, spesso falliscono nella loro efficacia terapeutica a lungo termine a causa della scarsa conformità, di un aumento del rischio di trombosi e di iperplasia intimale e della loro incapacità di rimodellarsi e integrarsi con il cuore».
Le soluzioni permanenti richiedono biomateriali degradabili ma che promuovano anche la rigenerazione del cuore in modo che i cerotti vengano infine sostituiti da miocardio sano, lo strato muscolare medio del cuore e quello più spesso.
Jeffrey Jacot ha affermato:
«Tutti i cerotti che non vengono sostituiti da tessuto sano prima del loro degrado inevitabilmente falliranno e porteranno a complicazioni a lungo termine».
Necessari ulteriori test prima della sperimentazione umana
Il cerotto è stato creato in laboratorio utilizzando una tecnica nota come elettrofilatura, in cui l’elettricità viene applicata a soluzioni liquide per creare nanofibre utilizzate per realizzare una “impalcatura”. L’impalcatura viene quindi iniettata con cellule viventi, alla fine diventa patch.
Jeffrey Jacot ha affermato:
«L’impalcatura è risultata meccanicamente sufficiente per la riparazione della parete cardiaca. Le cellule vascolari sono state in grado di infiltrarsi per più della metà dell’impalcatura in coltura statica entro tre settimane. Il cerotto richiede ulteriori test prima di poter essere utilizzato sugli esseri umani. Sono ottimista sul fatto che svolgerà un ruolo fondamentale nel futuro trattamento dei difetti cardiaci congeniti e di altre patologie cardiache. È questa la prima dimostrazione riuscita di un cerotto elettrofilato che ha molto spessore e porosità, specifico per l’ingegneria del tessuto cardiaco».
