Rigenerazione dei Tessuti

Transcript

1 Rigenerazione dei Tessuti La rigenerazione guidata dei tessuti è un approccio dell ingegneria dei tessuti basato sull impiantazione di scaffolds porosi che spinge l organismo a produrre matrice extracellulare, sia attirando cellule (es. osteogenetiche) proprie dell organismo, sia combinando ex vivo scaffolds con cellule Vacanti & Vacanti, 1997

2 Materiali per lo scaffolding Scaffolds non degradabili o permanenti (es. titanio, ceramici) Scaffolds parzialmente degradabili (polimerici non degradabili come PMMA, Bis-GMA e polimerici degradabili) Scaffold in titanio Scaffold biodegradabili Scaffold in idrossiapatite

3 Biodegradabilità degli scaffolds La biodegradabilità è un fattore essenziale poichè lo scaffold dovrebbe preferibilmente essere completamente riassorbito dall organismo ospitante La velocità di degradazione deve essere adeguata alla velocità con cui il tessuto si rigenera Mentre le cellule producono ECM lo scaffold deve fornire una stabilità strutturale programmata La funzione meccanica di sopportare e trasferire I carichi deve essere gradualmente trasferita al tessuto in via di formazione (neotessuto) day Plla/Hyaff

4 Materiali per lo scaffolding Materiali sintetici Materiali biodegradabili naturali e sintetici La maggior parte di questi materiali era già nota in campo medico prima delle ricerche sull ingegneria dei tessuti essendo impiegati come fili per suture riassorbibili Materiali naturali Materiali proteici (es. collagene o fibrina) e polisaccaridi (es. Chitosano glicosamminoglicani GAGs) Acido polilattico (PLA ): è un poliestere che degrada formando acido lattico, facilmente rimossa dall organismo ospitante Acido poliglicolico (PGA) e policaprolattone (PCL): poliesteri che hanno meccanismi di degradazione simili al PLA; le degradazione sono rispettivamente più veloce e più lenta del PLA Copolimeri PLA-PGA-PCL, PVA, gels alginati, etc.

5 Materiali polimerici per l ingegneria dei tessuti POLIMERI NATURALI

6 Materiali polimerici per l ingegneria dei tessuti POLIMERI SINTETICI LEZIONE XVIII SCAFFOLDS

7 Tecnologie CAD/CAM per scaffold 3D Synthesis of scaffolds Solvent casting/particulate Leaching Gas Foaming Phase Separation Emulsion Freeze-drying Fiber bonding Materiali e tecnologie per la realizzazione di scaffolds per l ingegneria dei tessuti Rapid Prototyping (RP) o Solid FreeForm (SFF) Stampa tridimensionale Stereolitografia Selective Laser Sintering Fused Deposition Modeling 3D Fiber Deposition Bassa interconnettività Bassa riproducibilità Strutture morfologicamente cotrollate Alta riproducibilità

8

9 Integrazione delle tecniche del Reverse Engineering

10 Imaging W Sun, P Lal Recent development on computer aided tissue engineering a review. Computer Methods and Programs in Biomedicine 67,2002,

11

12

13 Rigenerazione del menisco The two major phases of meniscus are: 1) a fluid phase containing water and electrolytes; 2) a solid phase containing collagen (type I), proteoglycans, glycoproteins and chondrocytes. The medial meniscus is somewhat C-shaped and occupies approximately 51% to 74% of the medial tibial plateau. The lateral meniscus is almost O-shaped and occupies approximately 75% to 93% of the lateral tibial plateau. Tissue Water Collagen Proteoglycans Meniscus 60-70% 55-65% (type I, dry weight) 1-3%

14 Rigenerazione del menisco Cellular components Chondrocytes and fibroblasts. Matrix components Elastin (0.6% dry weight) Proteoglycans (1-3%) Glycoproteins Collagen: 1) primarily type I (55-65% dry weight), also types II, III, V, VI (5-10% dry weight); 2) the superficial layer consists of a thin layer of randomly oriented fibers; 3) the lamellar layer also consists of randomly oriented fibers, but in the peripheral portions the fibers are oriented radially; 4) the deep zone consists of circumferentially oriented fibers with a small amount of radially oriented fibers.

15 Rigenerazione del menisco Functions Enable the femoral condyles to articulate congruently; Distribute compressive and shear forces; Act as shock absorbers ; Prevent synovial impingement; Disperse synovial fluid for lubrication and proper nutrition; Limit extremes of flexion and extension; Facilitate complex movements; Control rotating instability.

16 Rigenerazione del menisco A) Rolling; B) Sliding; C) Rolling + sliding. Menisci movements: a) extension; b) flexion. Menisci movements: a) External rolling; b) Neutral rolling; c) Inner rolling.

17 Rigenerazione del menisco Longitudinal tear Horizontal tear Arthroscopic repair suturing. Examples of tear types

18 Rigenerazione del Menisco Scaffold Materials Blend di PCL/HYAFF (derivati dell acido ialuronico) PCL/THF 80/20 miscelato a 45 C Fase solida 93.9% (w/w) cloruro di sodio (granulometria µm) 3.5% (w/w) bicarbonato di sodio (granulometria mm) 2.6% (w/w) acido citrico (granulometria inferiore a 200 mm) Stampo Reverse engineering e rapid prototyping del menisco di pecora Solvent Casting & Salt Leaching Soluzioni PCL e HYAFF-11p75 HE (PCL/HYAFF 70/30 (w/w) miscelati con la fase di sale (rapporto polimero/salt di 1/10) Innovative materials and technologies for a bio-enginnered meniscus substitute, FP5

19

20

21 Rigenerazione del menisco Semina e coltura di condrociti articolari di pecora Implantaziuone in pecora Le strutture sono entrambe integrate Scaffold non seminato Scaffold seminato Il follow-up istologico a 4 mesi indica che la deposizione di matrice cartilaginea avviene solo negli scaffold seminati con cellule Kon et al., Tissue Engineering for Total Meniscal substitution: Animal Study in Sheep Model. Tissue Engineering: Part A 6, 2008,