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Tesi etd-02272015-171706


Thesis type
Tesi di dottorato di ricerca
Author
GATTAZZO, FRANCESCA
URN
etd-02272015-171706
Title
Molecular and bioengineering tools for skeletal muscle regeneration in physiological and pathological conditions
Settore scientifico disciplinare
BIO/11
Corso di studi
SCIENZE BIOLOGICHE E MOLECOLARI
Commissione
relatore Bonaldo, Paolo
tutor Prof. Vozzi, Giovanni
Parole chiave
  • scaffold
  • satellite cells
  • micopatterning
  • genipin
  • gelatin
  • collagen VI
  • skeletal muscle
Data inizio appello
03/03/2015;
Consultabilità
parziale
Data di rilascio
03/03/2018
Riassunto analitico
L’obbiettivo principale del mio percorso di dottorato è stato quello porre le basi per l’ingegnerizzazione del muscolo scheletrico sano e patologico, in riferimento alle miopatie associate alla mancanza di collagene VI. Il collagene VI è una proteina della matrice extracellulare presente in diversi tessuti, incluso il muscolo scheletrico. Si tratta di una proteina costituita da tre catene α1(VI), α2(VI) ed α3(VI), codificate da tre geni distinti. Mutazioni a carico di tali geni nell’uomo causano diverse patologie muscolari, come la miopatia di Bethlem e la distrofia muscolare congenita di Ullrich. I topi privi di collagene VI (Col6a1–/–) mostrano un fenotipo miopatico, caratterizzato dalla presenza nei muscoli scheletrici di difetti ultrastrutturali a carico di organelli cellulari, come mitocondri e reticolo sarcoplasmatico, di una disfunzione mitocondriale e dall’insorgenza di apoptosi spontanea. <br>Durante il mio dottorato ho partecipato prima alla caratterizzazione del processo di rigenerazione muscolare nei topi wild-type e Col6a1–/–. Da tali studi è emerso che il collagene VI è un componente fondamentale della nicchia delle cellule satelliti. La mancanza di questa proteina nel muscolo, infatti, comporta un rallentamento generale del processo di rigenerazione muscolare nei topi Col6a1–/–, e una diminuzione della capacità delle cellule satelliti di svolgere self-renewal quando i muscoli sono sottoposti a danni ripetuti. Il meccanismo tramite il quale il collagene VI è in grado di regolare l’attività delle cellule satelliti è la modulazione delle proprietà elastiche del muscolo e della nicchia stessa. Infatti, la misurazione delle proprietà elastiche del muscolo tibiale anteriore dei topi Col6a1–/– ha rivelato un valore di stiffness inferiore rispetto ai muscoli sani. Durante il dottorato mi sono occupata di realizzare dei biomateriali a base di gelatina, cross-linkata con genepina, in grado di riprodurre le proprietà meccaniche dei muscoli sani e patologici. Solo se coltivate sui biomateriali con valori di modulo elastico corretti, le cellule satelliti wild-type sono in grado di rimanere staminali e di contribuire alla rigenerazione del muscolo, mentre queste capacità sono perse sui biomateriali che mimano la condizione patologica. Inoltre, le capacità rigenerative dei muscoli Col6a1–/– e le loro proprietà meccaniche vengono ripristinate quando la deposizione di collagene VI è ristabilita tramite grafting con fibroblasti wild-type. Nel corso dei miei studi, ho anche dimostrato che la somministrazione di ciclosporina A è grado di influenzare l’attiva delle cellule satelliti, di indurre la formazione di nuove fibre nei topi Col6a1–/– in condizioni fisiologiche e di aumentarne la rigenerazione quando sono sottoposti a danni ripetuti con cardiotossina. <br>Un altro aspetto di cui mi sono occupata è stato la realizzazione e/o caratterizzazione di scaffolds per l’ingegneria di diversi tessuti. Ho realizzato scaffold per il tessuto osseo, costituiti da gelatina e genipina, in presenza di collagene e idrossiapatite. Mi sono occupata di caratterizzare la crescita e il differenziamento di cellule neuronali, su biomateriali conduttivi a base di PCL e carbonanotubi o politiofene, per la rigenerazione del sistema periferico. Allo scopo di ingegnerizzare il muscolo scheletrico, ho utilizzato la soft-lithography per modificare la topologia dei biomateriali di gelatina e genipina con proprietà meccaniche analoghe a quelle del muscolo sano e patologico, creando delle strutture parallele di dimensioni note che potessero guidare l’organizzazione dei miotubi. Questi substrati opportunamente modificati si sono dimostrati in grado di indurre il differenziamento e l’allungamento di miotubi ottenuti sia da linee cellulari C2C12, che dal differenziamento di mioblasti wild-type. Contrariamente alle C2C12, oltre all’allineamento nella stessa direzione, i miotubi primari sono anche in grado di contrarsi. Lo studio dell’impianto di tali strutture senza cellule negli animali wild-type, sia nel dorso che nel muscolo tibiale anteriore sottoposto a danno, ha dimostrato che queste strutture sono biocompatibili, ma che la loro degradazione in vivo prevede un tempo maggiore di otto settimane. Inoltre, la struttura da sola si è dimostrata inerte nei confronti della normale rigenerazione muscolare.<br>Nel loro complesso questi ultimi risultati dimostrano che i materiali a base di gelatina e genepina possono essere utilizzati per guidare l’allineamento unidirezionale dei miotubi. Inoltre questi studi pongono le basi per analisi successive rivolte a mimare in vitro il muscolo scheletrico sano e patologico o per l’eventuale utilizzo di questi costrutti in vivo allo scopo di trattare danni muscolari o condizioni patologiche.<br>
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