Differenziamento osteogenico di cellule staminali derivate da tessuto adiposo su scaffolds rivestiti di titanio poroso

A seguito di una frattura, traumatica o spontanea (patologica), viene meno l’integrità strutturale del tessuto osseo. Per favorire la guarigione è necessario avvicinare ed allineare le estremità, immobilizzare l’osso, utilizzando, se necessario, parti metalliche. In alcuni casi, la riparazione può richiedere molto tempo a causa di condizioni particolari come l’estensione della frattura, l’età, le eventuali comorbidità, la presenza di processi infiammatori e infettivi, lo stato di salute generale del soggetto. Per velocizzare e/o indurre la riparazione ossea, l’ingegneria tissutale e la medicina rigenerativa stanno studiando metodi alternativi. L’ingegneria tissutale utilizza cellule viventi (e/o loro prodotti) e biomateriali innovativi al fine di sviluppare sostituti tissutali bioattivi in alternativa a impianti artificiali. Il comportamento delle cellule dipende dalla loro interazione con l’ambiente circostante e viene influenzato dalla topografia e dalle proprietà chimico-fisiche del biomateriale. Il titanio e le sue leghe vengono ampiamente utilizzati in ambito ortopedico per via delle loro proprietà meccaniche, biocompatibilità e stabilità chimica. Questi materiali favoriscono l’adesione cellulare, la proliferazione e la produzione di matrice extracellulare da parte delle cellule della linea osteoblastica. Queste impalcature, imitando la microstruttura e la porosità ossea, facilitano la colonizzazione cellulare, la comunicazione cellula-cellula e la formazione di vasi per il trasporto di molecole indispensabili per la sopravvivenza cellulare. In questa tesi sono stati confrontati due diversi tipi di scaffolds che differiscono nel rivestimento di superficie (rivestimento spesso, Rsp; e rivestimento sottile, Rso). È stata valutata: 1. l’adesione e la proliferazione di cellule staminali mesenchimali derivate da tessuto adiposo umano (hADSCs) coltivate su questi scaffolds; 2. il differenziamento in senso osteogenico delle hADSCs cresciute sugli scaffolds e mantenute in terreno privo di fattori osteogenici. Con tecnica RT-qPCR è stata valutata l’espressione genica di marcatori specifici dell’osso: alp che è associata alla mineralizzazione della matrice ossea ed è un marcatore precoce del differenziamento osteogenico, runx2 che è regolatore chiave del differenziamento osteogenico e infine col1a1 che codifica per il collagene di tipo I. È stata dosata anche l’attività enzimatica della fosfatasi alcalina per confermare la sua espressione a livello proteico. Come controllo è stato valutata l’attività della fosfatasi alcalina in hADSCs coltivate in monolayer in presenza di terreno di crescita. I risultati ottenuti con la RT-qPCR indicano un incremento, dopo 14 giorni di coltura, dell’espressione genica dei marker considerati: l’espressione di alp risulta maggiore in maniera statisticamente significativa nelle cellule cresciute sul rivestimento spesso, rispetto a quelle cresciute sul rivestimento sottile, mentre non si evidenziano differenze statisticamente significative per quanto riguarda runx2 e col1a1. L’analisi dell’attività della fosfatasi alcalina mostra che le hADSCs cresciute sugli scaffolds differenziano in senso osteogenico anche in solo terreno di crescita, in particolare sul rivestimento spesso, a differenza delle cellule cresciute in monolayer. L’aggiunta dei fattori osteogenici aumenta l’attività della fosfatasi alcalina in entrambe le strutture e nelle hADSCs coltivate in monolayer. Questi risultati ottenuti in vitro potrebbero incoraggiare l’utilizzo clinico di supporti in titanio e cellule per velocizzare la rigenerazione ossea.