Analisi comparativa di scaffold in policaprolattone e idrogel di fibrinogeno ottenuti mediante co-stampa 3D per la crescita e il differenziamento di mioblasti murini

Tissue engineering represents an exciting approach for the regeneration of skeletal muscle tissue affected by degenerative diseases. This method aims to use stem cells that can differentiate properly, restoring their functionality. One of the most promising technologies of recent decades is Bioprinting, which allows the creation, in vitro, of experimental models capable of replicating the functionality and morphological structure of tissues as closely as possible. To achieve this result, it is essential to combine the cellular component with biocompatible materials, which positively influence the morphology, adhesion, proliferation, maturation and cell differentiation. To arrive at the production of engineered fabrics, capable of replacing or repairing damaged fabrics in an irreversible way, this technology makes use of drop-on-demand software, a very particular technique that uses jet technology and milling to obtain parts with details. very high. In this thesis project, a comparative analysis of PCL scaffolds (polycaprolactone) and fibrinogen hydrogels obtained by 3D co-printing for the growth and differentiation of murine myoblasts was conducted. Two rounds of printing were carried out, using two PCL supports of different shape and structure, the first structure is represented by a grid containing seven "tracks", in which the fibrinogen hydrogel containing the C2C12 stem cells was extruded, while, for the second round of printing, a "zig zag" structure was designed, containing only one track in which the hydrogel was inserted. Subsequently, 4 check points were determined for each scaffold and the morphological and molecular biology analyzes necessary to evaluate the influence of the fibrinogen hydrogel and the different forms of the two PCL scaffolds on cell proliferation and differentiation were carried out. The results determined that the fibrinogen hydrogel provides a good substitute for the extracellular matrix by promoting proliferation and differentiation and that the PCL scaffolds do not hinder cellular processes, making polycaprolactone a promising material for the regeneration of skeletal muscle tissue. Future studies are focusing on the use of bioreactors to better mimic the extracellular environment, to provide mechanical stimulation on the cells (generating vibrations or stretch) and combining the proliferative and differentiative support capacity of the fibrinogen hydrogel and of the PCL.

L’ingegneria tissutale rappresenta un entusiasmante approccio per la rigenerazione del tessuto muscolare scheletrico affetto dalle patologie degenerative. Tale metodica ha come obiettivo l’utilizzo di cellule staminali che possano differenziare correttamente, ripristinandone la funzionalità. Una delle tecnologie più promettenti degli ultimi decenni è il Bioprinting, che permette di realizzare, in vitro, dei modelli sperimentali in grado di replicare il più fedelmente possibile le funzionalità e la struttura morfologica dei tessuti. Per arrivare a questo risultato è fondamentale combinare la componente cellulare con i materiali biocompatibili, i quali, influenzano positivamente la morfologia, l’adesione, la proliferazione, la maturazione e il differenziamento cellulare. Per arrivare alla produzione di tessuti ingegnerizzati, capaci di sostituire o riparare dei tessuti danneggiati in modo irreversibile, questa tecnologia fa uso di software drop-on-demand, una tecnica molto particolare che sfrutta la tecnologia a getto e la fresatura per ottenere parti con dettagli molto elevati. In questo progetto di tesi, è stata condotta un’analisi comparativa di scaffold in PCL (policaprolattone) e idrogel di fibrinogeno ottenuti mediante co-stampa 3D per la crescita e il differenziamento di mioblasti murini. Sono stati condotti due round di stampa, utilizzando due supporti in PCL di diversa forma e struttura, la prima struttura è rappresentata da una griglia contenente sette “binari”, nei quali l’idrogel in fibrinogeno contenente le cellule staminali C2C12 è stato estruso, mentre, per il secondo round di stampa, è stata progettata una struttura a “zig zag”, contenente un solo binario nel quale l’idrogel è stato inserito. In seguito sono stati determinati 4 check points per ogni scaffold ed effettuate le analisi morfologiche e di biologia molecolare necessarie per valutare l’influenza dell’idrogel in fibrinogeno e delle diverse forme dei due scaffold in PCL sulla proliferazione e il differenziamento cellulare. I risultati hanno determinato che l’idrogel in fibrinogeno fornisce un buon sostituto della matrice extracellulare promuovendo proliferazione e differenziamento e che gli scaffold in PCL non ostacolano i processi cellulari, rendendo il policaprolattone un materiale promettente per la rigenerazione del tessuto muscolare scheletrico. Studi futuri si stanno incentrando sull’utilizzo di bioreattori per poter mimare al meglio l’ambiente extracellulare, per apportare stimolazioni meccaniche sulle cellule (generando vibrazioni o stretch) e combinando la capacità di supporto proliferativo e differenziativo dell’idrogel in fibrinogeno e delle strutture in PCL.