ING - Scuola di Ingegneria Industriale e dell'Informazione
3-apr-2025
2023/2024
Le cellule staminali ematopoietiche (HSC) rappresentano una popolazione cellulare rara,
in grado di auto-rinnovarsi e differenziarsi. Queste cellule risiedono principalmente nelle
nicchie staminali del midollo osseo, l’ambiente in cui vengono generate tutte le cellule del
sangue adulte. Questo microambiente è altamente complesso e fornisce una serie articolata di segnali cellulari, chimici, strutturali e fisici, fondamentali per il mantenimento
della vitalità e della funzionalità del sistema ematopoietico. Lo sviluppo di un modello
in vitro accurato è essenziale per approfondire la comprensione della biologia del midollo
osseo e dell’ematopoiesi. In questa tesi, viene sviluppato un modello del midollo osseo mediante l’utilizzo di una piattaforma microfluidica. L’ambiente fisiologico dove risiedono le
cellule ematopoietiche viene replicato attraverso la co-cultura di HSC e di cellule di linea
derivate dalle cellule mesenchimali (MSOD o MSOD-B) in un ambiente tridimensionale,
ovvero un Organ-on-Chip. Il chip utilizzato si chiama µcompress ed è formato da tre
canali: quello centrale per la cultura delle cellule mentre i due laterali sono destinati al
mezzo. La tridimensionalità della matrice extracellulare è simulata dall’idrogelo in cui
le cellule vengono seminate all’interno del chip. Tutti i parametri, come il mezzo adatto
per la co-cultura e la concentrazione di semina, sono stati ottimizzati. Inoltre, sono stati
sviluppati i protocolli per l’analisi all’interno dei chip, come l’imaging in tempo reale e
l’immunofluorescenza. Le analisi svolte con l’immunofluorescenza hanno dimostrato che
alcune HSC riescono a mantenere la loro staminalità quando sono in co-cultura con le
MSOD-B. Complessivamente, questo lavoro stabilisce le basi per lo sviluppo di un mi croambiente endosteale funzionale in chip.
Hematopoietic stem cells (HSC) are a rare population of cells capable of self-renewal and
differentiation. They primarily reside in the bone marrow niches, where all the adult
blood cells are generated. The development of an accurate in-vitro model is critical to
further understand the biology of the BM and its roles in hematopoiesis. In this thesis,
a BM model was developed exploiting a microfluidic platform. The endosteal niche was
replicated by the co-culture of a cell line of mesenchymal cells (MSOD or MSOD-B) and
HSCs in the 3D environment of an Organ-on-Chip. The device used has three channels:
one central for the cell culture and the lateral two for the medium. The two cell types were
cultured together in a hydrogel to mimic the ECM of the bone marrow. All parameters,
such as meeting the complex media requirements of co-culture and the seeding concen tration, were optimized. Moreover, the protocols for analyses inside the chips, such as
live imaging and immunofluorescence, were developed. In addition, immunofluorescence
analyses showed that not only the co-culture was functioning but also the maintenance of
HSCs’ stemness is possible, as well as detecting CD34+ cells in chip. Overall, this work
establishes the basis for the development of a functional bone marrow niche in chip.