Sviluppo di un biomateriale per la riduzione della cicatrice fibrotica post-infarto del miocardio

Tissue engineering is a multidisciplinary field that bridges engineering, the life sciences, and material sciences with the shared goal of supporting tissue remodeling and functional recovery. Among the explored strategies, in situ tissue engineering relies on cell-free matrices designed to recruit cells for the reconstruction of damaged tissues in vivo. Within this framework, three-dimensional scaffolds are conceived as substitutes for the native extracellular matrix (ECM). Cardiovascular diseases represent the leading cause of morbidity and mortality in industrialized countries, and myocardial infarction (MI) is particularly prevalent. The prolonged ischemia that follows coronary obstruction leads to extensive cardiomyocyte necrosis and to the replacement of the injured myocardium with non-conductive fibrotic tissue. Because endogenous cardiac regenerative mechanisms are minimal, post-infarction complications eventually progress toward heart failure. In this scenario, cardiac tissue engineering aims to develop constructs that support the replacement of fibrotic tissue with contractile and functional myocardium. Given this clinical need, the present research work focused on the development of freeze-dried κ-Carrageenan/chondroitin sulfate (κ-Car/CS) hydrogels as potential scaffolds for cardiac tissue engineering. Hydrogels were physically crosslinked using calcium (Ca2+) ions at different concentrations and subsequently freeze-dried to form porous sponge-like structures. Scaffolds were characterized to evaluate their morphological, viscoelastic, and mechanical properties, and an in vitro model of cardiac injury was established for future testing of the κ-Car/CS scaffolds. Primary neonatal rat ventricular cells were isolated and cultured until spontaneous synchronized beating was observed, a scratch assay was carried out to mimic a localized injury and assess cell response both before and after the lesion.

L’ingegneria tissutale è un campo multidisciplinare che combina ingegneria, scienze della vita, e scienza dei materiali a supporto del rimodellamento tissutale e del recupero funzionale. L’ingegneria tissutale in situ ricorre a matrici prive di cellule progettate per reclutare cellule endogene per la ricostruzione dei tessuti danneggiati in vivo. In questo contesto, gli scaffold tridimensionali vengono concepiti come sostituti della matrice extracellulare nativa (ECM). Le malattie cardiovascolari rappresentano la principale causa di morbilità e di mortalità nei paesi industrializzati, e l’infarto del miocardio (MI) è particolarmente prevalente. L’ischemia prolungata conseguente all’ostruzione coronarica provoca necrosi dei cardiomiociti e la sostituzione del miocardio danneggiato con tessuto fibrotico non conduttivo. Poiché la capacità rigenerativa endogena del cuore è minima, le complicanze post-infarto tendono a progredire verso l’insufficienza cardiaca. In questo scenario, l’ingegneria tissutale cardiaca mira allo sviluppo di costrutti capaci di promuovere la sostituzione del tessuto fibrotico con miocardio contrattile e funzionale. Dato questo bisogno clinico, il presente lavoro di ricerca si è concentrato sullo sviluppo di idrogeli liofilizzati a base di κ-Carragenina e condroitin solfato (κ-Car/CS) come potenziali scaffold per l’ingegneria tissutale cardiaca. Gli idrogeli sono stati crosslinkati fisicamente utilizzando ioni calcio (Ca2+) a concentrazioni differenti e sottoposti a liofilizzazione per ottenere strutture porose. Le proprietà morfologiche, viscoelastiche, e meccaniche sono state valutate, e un modello in vitro di danno al miocardio è stato sviluppato per il successivo test dei κ-Car/CS scaffold. Cellule ventricolari primarie di ratto neonato sono state isolate e coltivate fino all’osservazione di un battito spontaneo e sincronizzato, uno scratch assay è stato eseguito per simulare un danno localizzato e analizzare la risposta cellulare prima e dopo la lesione.