Riassunto analitico
L’infarto del miocardio si verifica quando vi è una riduzione della perfusione miocardica a causa di una formazione di trombo in un'arteria coronaria. Ciò causa un'ischemia prolungata che in molti casi è sufficiente per indurre la necrosi massiccia dei cardiomiociti, generando una zona infartuata. Gli attuali trattamenti farmacologici si concentrano sulla rimozione del trombo e il ripristino dell'afflusso di sangue alla zona danneggiata del cuore e tutt’ora la terapia di riperfusione rimane l'approccio clinico più efficace. Sfortunatamente, la riperfusione ha anche l’effetto avverso di indurre lesioni successive nel tessuto ischemico, un fenomeno chiamato "lesione da ischemia-riperfusa", che può causare la morte dei cardiomiociti, reversibilmente danneggiati, e può contribuire ad aumentare fino al 50% le dimensioni della zona finale infartuata. Quindi è evidente l'importanza di studiare e mettere in atto nuove strategie cardioprotettive e rigenerative. Per questo motivo, questo studio sperimentale di tesi si concentra sull'adenosina, una molecola cardioprotettiva, che riduce il rilascio di citochine e la formazione di specie reattive dell’ossigeno (ROS), e che ha un effetto antinfiammatorio e anti-apoptotico e di protezione nei confronti dei danni relativi ai meccanismi di riperfusione post-ischemica. Tuttavia, l’adenosina ha anche diversi problemi legati alla sua stabilità chimica (t1/2 di 10 secondi) e per questo sono stati studiati diversi Drug Delivery SYstems (DDs) con cui veicolarla. Lo scopo di questo studio, quindi, è stato quello di studiare i meccanismi d’azione, attraverso l’analisi dell'espressione genica, relativi all'uso di nanoparticelle di squalene legato chimicamente all'adenosina (SQAd NPs) utilizzando H9c2, modello in vitro di cardiomiociti e THP-1, modello di macrofagi, per considerare l'attività delle nanoparticelle diretta sia verso il sistema cardiaco che verso il sistema immunitario. In particolare, la prima fase del progetto è stata focalizzata sullo sviluppo di un modello di ischemia per simulare le condizioni di infarto miocardico in vitro e nella successiva riperfusione e trattamento delle cellule infartuate con le SQAd NPs. Successivamente, è stata effettuata un’analisi dell'espressione genica utilizzando il sequenziamento dell'RNA e una relativa analisi dati confrontando i risultati ottenuti con gli esperimenti effettuati precedentemente in vivo. I risultati ottenuti hanno mostrato un ruolo minore ma comunque positivo delle nanoparticelle nell'attivare pathways biologiche di duplicazione del DNA che possono essere collegate alla proliferazione cellulare. Le nanoparticelle hanno anche dimostrato di attivare diverse vie metaboliche che possono essere implicate nella riduzione dei processi infiammatori. Di conseguenza, l'uso di SQAd NPs potrebbe portare alla attivazione e proliferazione di macrofagi residenti nel cuore che avrebbero un impatto positivo nel rimodellamento cardiaco, nella riduzione delle dimensioni dell'infarto e nel miglioramento della funzione cardiaca dopo la lesione.
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Abstract
Myocardial Infarction (MI) occurs when there is a reduction in myocardial perfusion commonly due to a thrombus formation in a coronary artery. This causes a prolonged ischemia which is sufficient to induce massive cardiomyocytes (CMs) necrosis, generating an infarcted area.
Current pharmacological treatments focus on removing blockade and restoring blood supply to the damaged area of the heart and reperfusion therapy remains the most effective clinical approach. Unfortunately, reperfusion has the potential to induce subsequent injury in ischemic tissue, a phenomenon called “ischemia-reperfusion injury”, which causes the death of reversibly injured CMs and can contribute to up to 50% of the final myocardial infarct size. Such situation puts in evidence the importance of implementing novel cardioprotective and regenerative strategies.
Therefore, this study is focused on adenosine (ade), a cardioprotective molecule, that reduces cytokine release and Radical Oxygen Species formation, has an anti-inflammatory and anti-apoptotic effect, and protecting mechanisms against post-ischemic perfusion defects. However, ade has several problems related to its chemical stability (t1/2 of 10 seconds) and therefore had been included in drug delivery systems (DDs).
The aim of this study was to investigate the mechanisms of action through the gene expression related to the use of squalene nanoparticles chemically linked to adenosine (SQAd NPs) using in vitro cells model of H9c2 CMs and THP-1 macrophages, in order to consider the NPs activity directed both to the cardiac system and the immune system. In particular, the first step of the project was focused on the development of an ischemia model to simulate the infarction conditions in vitro and in the subsequent reperfusion and treatment of the infarcted cells with the SQAd NPs. After that, it was carried out the analysis of genes expression using RNA-sequencing and the related data analysis comparing the results obtained with the in vivo previous experiments.
The results obtained showed a minor but still positive role of the NPs in activate DNA’s biological process pathways which can be connected to cells proliferation. The NPs also demonstrated to activate several metabolic pathways which can be implicated in inflammatory processes reduction. As consequence of this, the use of SQAd NPs could lead in the promotion of cardiac resident macrophages which would have a positive impact in cardiac remodelling, including the limitation of infarct size and the improvement of cardiac function after injury.
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