Riassunto analitico
A livello mondiale ogni anno si registra la presenza di oltre 20 milioni di pazienti con difetti ossei, dove i quadri clinici più compromessi richiedono interventi chirurgici, di autotrapianto o trapianto allogenico, spesso associati ad eventi collaterali quali rigetto ed infezioni. Pertanto, per finalità di rigenerazione ossea si stanno utilizzando nuovi biomateriali/scaffold che in associazione a fattori di crescita e cellule staminali possano migliorare la riparazione ossea. In tale contesto il biovetro si è rivelato essere un ottimo scaffold per le sue proprietà osteoinduttive, osteoconduttive, unite al potenziale angiogenetico e alla capacità antimicrobica.
Il presente studio si prefigge la finalità d’identificare la tipologia di biovetro con maggiori capacità osteinduttive/osteoconduttive mediante l’utilizzo di protocolli di studio per la biocompatibilità in accordo con ISO10993-5 e modelli 3D con cellule staminali mesenchimali isolate da midollo osseo (BM-MSC) e da adipe (AT-MSC).
Sono stati inclusi nello studio tre biovetri differenti: I 45S5 (biovetro disponibile in commercio) e due biovetri di nuova generazione (biovetro 1 e 2). È stata valutata la biocompatibilità dei biomateriali, per contatto diretto e con eluato, mediante il saggio di vitalità MTT (45S5, biovetro 1 e 2). In seguito, è stata valutata la crescita delle BM-MSC a diverse tempistiche: 1 ora, 4, 7 e 14 giorni, utilizzando la colorazione con cristal violet per identificare le cellule. Successivamente è stato eseguito il saggio di differenziamento osteogenico e il risultato è stato analizzato mediante colorazione con alizain red (AR).
Entrambi i saggi previsti dalla ISO10993-5 hanno dimostrato la biocompatibilità di tutti i biomateriali trattati. Relativamente al modello di coltura 3D con BM-MSC, il 45S5 ha mostrato una scarsa adesione delle BM-MSC a 1 ora dalla semina, contrariamente al biovetro 1 e 2 che invece è risultato avere una maggiore densità di elementi adesi. Il biovetro 2 ha più elementi rispetto al biovetro 1. A 4 giorni nel 45S5 si sono osservati pochi elementi fibroblastoidi e alcuni cluster di materiale biologico sebbene non sia possibile identificarne la componente cellulare. Mentre nei biovetri 1 e 2 si sono osservati elementi fibroblastoidi adesi. A 7 e 14 giorni nei 45S5 non si sono osservate BM-MSC, ma solo cluster di materiale biologico. Di contro, nei biovetri 1 e 2 si sono osservate strutture simili a tessuto. Il biovetro 2 mostrava tali strutture già a 7 giorni. Non è stato possibile eseguire il differenziamento osteogenico per il 45S5 in quanto non era colonizzato, requisito essenziale per un saggio di differenziamento. I biovetri 1 e 2 invece hanno consentito la formazione di tessuto osseo evidenziata da depositi positivi alla colorazione con AR.
La mancata colonizzazione dello standard è associata alla formazione di un ambiente alcalino sfavorevole alle cellule osservato sia nel nostro studio e riportato anche in letteratura.
Il biovetro 2 si è dimostrato essere migliore rispetto al biovetro 1, avendo una maggiore capacità di trattenere le cellule e consentendo quindi una maggiore crescita in tempi brevi.
Essendo il biovetro 2 più efficiente in termini di crescita, è stato costruito un secondo modello di crescita, a supporto del primo, utilizzando le AT-MSC essendo il tessuto adiposo una sede di raccolta più facilmente accessibile. Esse hanno mostrato una minore adesione e una minor crescita, rispetto alle BM-MSC.
Il biovetro 2 seminato con le mesenchimali da midollo osseo si è dimostrato essere il miglior modello di crescita e un substrato efficiente per lo sviluppo di tessuto osseo, utilizzabile poi come scaffold in applicazioni cliniche volte alla rigenerazione del tessuto in pazienti affetti da patologie ossee. Inoltre, il nostro modello si studio in vitro consente di identificare i materiali migliori riducendo tempi e costi necessari per i successivi studi in vivo.
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