Progettazione e biostampa di un modello 3D di tumore testa-collo sottoposto ad elettroporazione

I tumori testa-collo sono una categoria di carcinoma altamente aggressivi e possono svilupparsi in vari distretti della testa e del collo. Sono caratterizzati da una grande varietà di cellule e dalla propensione alla metastatizzazione, rendendo difficile il trattamento e influenzando negativamente le prospettive di sopravvivenza. Attualmente, i principali trattamenti terapeutici includono chirurgia, radioterapia e chemioterapia; tuttavia, l'efficacia di tali trattamenti è spesso limitata. Recentemente, una nuova tecnica, l'elettroporazione, mostra promesse nel migliorare la chemioterapia antitumorale e potrebbe diventare un'alternativa futura ai metodi tradizionali. In questo contesto, gli approcci della bioingegneria, che prevedono l'utilizzo dei modelli di coltura cellulare 2D e 3D, si sono rivelati molto promettenti per lo sviluppo di modelli sperimentali di cancro, utili per gli studi sulla malattia e la valutazione di nuove terapie. In particolare, attraverso la tecnica del bioprinting è possibile ottenere modelli 3D che vadano a replicare il microambiente tumorale, grazie alla possibilità di combinare materiali diversi e componenti biologiche. Il presente studio di tesi parte un progetto collaborativo tra il Dipartimento di Ingegneria Civile e Architettura, il Dipartimento di Scienze del Farmaco e la Fondazione IRCCS Policlinico San Matteo, intitolato: "Nano-Electro-Chemo-Immuno Therapy (NECIT) to enhance head and neck cancer treatment". L'obiettivo principale di questa ricerca è valutare l'efficacia del rilascio della bleomicina mediante l'utilizzo di liposomi, in combinazione con elettroporazione, al fine di ottimizzare il trattamento dei tumori testa-collo. In questo contesto, l’obiettivo di questo lavoro di tesi è quello di progettare e realizzare un modello 3D di tumore testa-collo, ottenuto attraverso la tecnica del bioprinting, validarlo al trattamento di elettroporazione, e infine, sottoporlo ad una caratterizzazione farmacologica e biologica. Una delle prime fasi del lavoro è stata la formulazione di idrogel con diverse composizioni, seguita dalla caratterizzazione meccanica per identificare l'idrogel più adatto per la creazione del modello tumorale. È stata poi ottimizzata la tecnica di bioprinting, al fine di garantire uniformità nella stampa dei costrutti. Successivamente, il modello è stato sottoposto e validato al trattamento di elettroporazione. Infine, è stata condotta una caratterizzazione farmacologica e biologica, confermando la capacità del modello di rilasciare farmaci in modo controllato e mantenere la vitalità cellulare al suo interno. Sulla base dei risultati ottenuti, l'idrogel formulato con alginato e gelatina si è dimostrato adatto per l'utilizzo come bioink nella tecnica del bioprinting. Infine, i test condotti sull’elettroporazione e la caratterizzazione farmacologica e biologica realizzata, uniti alla caratterizzazione meccanica e al bioprinting dell’idrogel formulato, hanno portato alla realizzazione di un modello 3D, validato al trattamento di elettroporazione, e capace di incorporare componenti farmacologiche e cellulari. Gli sviluppi futuri includono una nuova caratterizzazione meccanica, al fine di abbassare ulteriormente il valore del modulo elastico del modello. Inoltre, sarà necessario realizzare un’altra caratterizzazione farmacologica e cellulare andando ad incorporare un farmaco chemioterapico e una linea cellulare di tumori testa-collo.