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• vescicole

L’infarto del miocardio (IM) è causato da una diminuzione o un blocco del flusso sanguigno a una parte del miocardio che porta alla necrosi delle cellule cardiache.
Dopo questo evento, l’attivazione cronica del processo di infiammazione si evolve solitamente in un blocco cardiaco e in una mancanza di rigenerazione dei cardiomiociti. Per i pazienti che sopravvivono all’IM, le terapie farmacologiche e le tecniche di rivascolarizzazione hanno migliorato la qualità della vita. Ciò nonostante, le terapie usate al momento sono sintomatiche e non sono in grado di rigenerare il tessuto miocardico. A questo proposito, si stanno studiando trattamenti innovativi focalizzati sulla rigenerazione cardiaca, come ad esempio la terapia con cellule staminali. Studi recenti hanno dimostrato che i responsabili degli effetti terapeutici osservati sono i prodotti cellulari, come ad es. i fattori paracrini che le cellule staminali secernono, incluse le vescicole extracellulari (EVs). Queste ultime sono vescicole nanometriche rilasciate da tutti i tipi di cellule e agiscono come agenti segnale tra le cellule. Di particolare interesse sono le EVs derivanti da cellule staminali, come ad esempio le cellule staminali del tessuto adiposo di derivazione umana (hADSCs), le quali possono aiutare la riparazione cardiaca e migliorare la funzionalità dei cardiomiociti. Inoltre, le hADSCs sono state usate in questo studio perché sono facili da ottenere e sono largamente usate in studi clinici. Durante la loro valutazione clinica delle EVs però, sono sorti alcuni problemi, come la rapida eliminazione dall’organismo e la bassa ritenzione nel tessuto cardiaco. Per superare questi ostacoli, l’uso di drug delivery sistems (DDS) è promettente. Tra questi gli idrogeli (HGs) sono stati usati come validi strumenti, grazie alla loro compatibilità, alla loro abilità di migliorare la ritenzione cardiaca e produrre un rilascio sostenuto nel tempo. Inoltre, possono essere ripristinare la struttura del tessuto cardiaco. Gli HGs possono essere preparati usando materiali naturali come ad esempio collagene e alginato, i quali hanno dimostrato di avere un grande potenziale per l’uso in studi clinici. Il collagene è il componente più abbondante della matrice extracellulare cardiaca (ECM), mentre l’alginato è stato largamente studiato per usi clinici su malattie cardiache.
Questo studio è stato quindi progettato per sviluppare un HG iniettabile e biocompatibile con il potenziale di stimolare la riparazione cardiaca e favorire un rilascio omogeneo e sostenuto nel tempo di EVs derivate da hADSCs in pazienti che hanno subito un infarto del miocardio.
Il progetto consiste nell’isolamento, la marcatura fluorescente e la caratterizzazione delle EVs derivate da hADSCs e la successiva incorporazione in un nuovo idrogel di collagene e alginato con la proprietà di gelificare in situ. Successivamente l’efficacia di questo sistema nel ridurre la dimensione dell’infarto è stata studiata in un modello animale.
Lo studio ha prodotto risultati interessanti. Le EVs isolate avevano una dimensione media di 120-150 nm, misurata con il Nanoparticles Tracking Analysis. Inoltre, le EVs mantenevano la loro integrità di membrana dopo l’isolamento e la purificazione. La quantità totale di EVs ottenute da un lotto di cellule era all’incirca 4,0 x 1010 EVs. Le vescicole poi sono state efficacemente incorporate nell’HG. Risultati preliminari hanno mostrato che l’HG può essere facilmente iniettato in vivo nel miocardio infartato grazie alla sua proprietà di gelificare in situ. Inoltre, la colorazione con Rosso Sirio ha dimostrato come le EVs possono contribuire alla riduzione della dimensione dell’infarto dopo 1 settimana dal trattamento.
Negli studi futuri, la resa della purificazione deve essere migliorata e ulteriori studi istologici sono necessari per delineare meglio il meccanismo d’azione

Myocardial infarction (MI) is caused by decreased or complete cessation of blood flow to a portion of the myocardium, which leads to the necrosis of cardiac cells. After this event, the chronic activation of inflammatory processes usually progresses to heart failure and incomplete regeneration of cardiomyocytes. For patients who survive a MI, pharmacological therapies and revascularization techniques have substantially improved their quality of life. However, current therapies are only symptomatic and they are not able to regenerate the damaged myocardium. In recent years, reparative approaches such as stem cell-based therapies with the potential to regenerate the heart have been investigated. Recent studies have shown that cell-derivatives, for example, the paracrine factors that stem cells secrete, including extracellular vesicles (EVs), are responsible for observed therapeutic effects. EVs are nanoscale vesicles that are released by all cell types and act as signaling agents between adjacent or distant cells. Particularly interesting are EVs derived from stem cells, such as human adipose stem cells (hADSCs), which can enhance heart repair and improve cardiac function. Moreover, hADSCs are easy to obtain, and they are widely used in clinical practice due to their abundance and accessibility. Despite the therapeutic potential of EVs, several problems have been raised during their clinical evaluation, such as their fast elimination and short retention in heart tissue. To overcome these issues, the use of drug delivery systems holds great promise. Among these, hydrogels (HGs) are valuable tissue engineering tools, thanks to their compatibility and ability to enhance cardiac retention and provide a sustained drug release. Moreover, they can be considered appropriate scaffolds to restore the structural features of the cardiac tissue. HGs can be prepared using natural materials such as collagen and alginate that have demonstrated a great potential for use in the clinic. Collagen is the most abundant component of the cardiac extracellular matrix (ECM), and alginate has been widely investigated in clinical trials for heart disease. The design of injectable HG systems addresses the growing demand for minimally invasive approaches for the local delivery of therapeutics. This study was therefore designed to develop a biocompatible and injectable HG with the potential to stimulate cardiac repair and effectively deliver EVs derived from adipose stem cells (hADSCs) after myocardial infarction. The project consists in the isolation, fluorescent labeling and characterization of EVs derived from hADSCs and their subsequent incorporation in a novel in situ gelling collagen-alginate based HG. The potential of the system to reduce infarct size was then investigated in a rat model of myocardial infarction. The study yielded interesting results. Isolated EVs had a mean particle size of 120-150 nm measured by Nanoparticle Tracking Analysis. Furthermore, EVs kept their membrane integrity after isolation and purification. The total amount of EVs obtained from one batch of cells was approximately 4,0x1010 EVs. Vesicles were effectively included in the HG. Preliminary results showed that the HG could be easily injected in vivo into the infarcted myocardium due to its in situ gelling nature, which favors gel formation with the calcium of the infarcted tissue. Moreover, Sirius red staining showed that EVs could contribute to the reduction of infarct size 1 week after treatment. Together, these results contribute to establishing the basis for the combined use of EVs and HGs as therapeutic platforms, in particular in regenerative fields. In future studies, purification yield has to be improved. Moreover, further histological studies are necessary to refine our understanding of the mechanism of action of this innovative treatment.