Nuovi patch ingegnerizzati e biocompatibili per promuovere il rimodellamento dei tessuti dopo l'infarto del miocardio: dall'approccio in vitro a quello in vivo di un progetto di Trasferimento Tecnologico

Cardiac Tissue Engineering (cTE) is a scientific discipline that provides a promising approach for emulating the function and biology of cardiac muscle. In this view, one of the main purposes of cTE is to develop new biomaterials as a possible strategy to promote myocardial regeneration in an ischemic damaged heart. Without structural and biomechanical support, the main adverse effect of a damaged heart is the formation of fibrosis and the consequent alteration of tissue contractility. On this regard, this thesis is part of a multicenter European project called INCIPIT that is aimed at improving engineered 3-D patches designed to recruit local SCs, release cardioprotective molecules and support the electrical functionality in the regenerative processes after myocardial infarction. In this thesis, I demonstrated that beating cardiomyocytes derived from human induced pluripotent stem cells (iPSC-CMs) could adhere on the INCIPIT patch and colonize its microstructure. In addition, molecular analyses highlighted that the scaffold can promote the further differentiation of iPSC-CMs in a cardiomyocytes (CM) direction. In order to reinforce the hypothesis that INCIPIT patch is a promising approach to promote myocardial regeneration in vivo, selected patches were implanted in an experimental rat animal model of ischemic myocardial infarction. Molecular analyses and immunofluorescence assays were performed in order to evaluate the efficiency of the patch in promoting the structural and functional restoration of the myocardium. The immediate applicability, independence of individuality and transportability of this acellular patch make this specific solution extremely attractive to the biomedical industry. Together with the positive in vivo study results, these qualities will allow the Technology Transfer process to continue.

L'ingegneria dei tessuti cardiaci (ITC) è una disciplina scientifica che fornisce un approccio promettente per emulare la funzione e la biologia del muscolo cardiaco. In questa prospettiva, uno dei principali scopi della ITC è quello di sviluppare nuovi biomateriali come una possibile strategia per promuovere la rigenerazione del miocardio in un cuore danneggiato ischemico. Senza supporto strutturale e biomeccanico, il principale effetto avverso di un cuore danneggiato è la formazione di fibrosi e la conseguente alterazione della contrattilità tissutale. A questo proposito, questa tesi fa parte di un progetto europeo multicentrico chiamato INCIPIT che mira a migliorare patch 3D progettate per reclutare SC locali, rilasciare le molecole cardioprotettive e sostenere la funzionalità elettrica nei processi rigenerativi dopo infarto miocardico. In questa tesi, ho dimostrato che i cardiomiociti battenti derivati dalle cellule staminali pluripotenti indotte dall'uomo (iPSC-CM) potrebbero aderire al patch INCIPIT e colonizzare la sua microstruttura. Inoltre, le analisi molecolari hanno evidenziato che l'impalcatura può promuovere l'ulteriore differenziazione dei iPSC-CMs in una direzione dei cardiomiociti (CM). Al fine di rafforzare l'ipotesi che il patch INCIPIT sia un approccio promettente per promuovere la rigenerazione del miocardio in vivo, sono state impiantati patch selezionate in un modello sperimentale di infarto ischemico del miocardio. Le analisi molecolari e le analisi dell'immunofluorescenza sono state eseguite per valutare l'efficienza dello scaffold nella promozione del ripristino strutturale e funzionale del miocardio. L'applicabilità immediata, l'indipendenza dell'individualità e la trasportabilità di questa patch acellulare rendono questa soluzione specifica estremamente attraente per l'industria biomedica. Insieme ai risultati positivi dello studio in vivo, queste qualità permetteranno al processo di trasferimento tecnologico di continuare.