Elettrofilatura di polimeri naturali per trasfezione genica mediata da superficie

Since the last years a growing interest has been encountered in the development of high surface scaffolds for gene delivery, which is the delivery of DNA, either complexed with a delivery vector or not, to the nucleus of the targeted cells. In this way the protein expression profile can be modified, generating a therapeuthic effect. In this context, a growing attention is being taken by natural polymers thanks to their high citocompatibility. This work focuses on the development of fibrous electrospun collagen and gelatin matrices, charachterized by an high surface area and suitable for plasmid incorporation. The first section consists in an optimization process, in terms of solvent and parameters, of the electrospinning technique applied to collagen. As the electrospun collagen and gelatin matrices dissolve when placed in an acqueus system, the next step has been the optimization of a crosslinking process. Physical methods, like thermal treatment or UV irradiation, and chemical methods, like glutaraldehyde, carbodiimides (EDC) or genipin, have been tested, with the aim to identify a treatment capable of efficiently crosslink the matrix, preserving at the same time its fibrous structure. Finally, some preliminar tests have been performed to assess the efficiency of the electrospun matrix as scaffold for gene delivery, in particular for the delivery of pGL3 plasmids. A solution containing bPEI/DNA complexes has been electrospun to obtain the incorporation of plasmids in the resulting matrix. The complex visualization, by optic or electron microscopy, has been attempted. A first evaluation of the effect of the electrospinning solvents on the complex activity has also been performed, by means of a transfection test via collagen and gelatin films, dissolved with the complexes in their related solvent.

Negli ultimi anni si è assistito al sempre maggiore interesse nello sviluppo di scaffold ad elevata area superficiale utilizzabili come supporto per trasfezione genica, ovvero per il delivery di DNA, complessato o meno con vettori di trasfezione, al nucleo cellulare delle cellule bersaglio, in modo da alterarne il profilo di espressione proteica e generando così un effetto terapeutico. In questo ambito, l'attenzione si sta concentrando in particolare sui polimeri naturali, grazie alla loro elevata citocompatibilità. In questo quadro si colloca il presente lavoro di tesi, che si concentra sullo sviluppo di matrici fibrose di collagene e gelatina con un'elevata area superficiale ed adatte all'incorporazione di plasmidi, create tramite la tecnica di electrospinning. La prima fase consiste in un processo di ottimizzazione, in termini di solventi e parametri, della tecnica di elettrofilatura applicata al collagene. Dal momento che le matrici elettrofilate, sia di collagene che di gelatina, si sciolgono quando poste in ambiente acquoso, è stato successivamente condotto un processo di ottimizzazione della reticolazione, confrontando metodi di tipo fisico, ovvero trattamento termico ed irraggiamento UV, e di tipo chimico, tramite glutaraldeide, carbodiimmidi (EDC) o genipina. L'obiettivo è stato trovare un metodo che renda la matrice resistente alla degradazione in ambiente acquoso mantenendone, allo stesso tempo, la struttura fibrosa. Sono state infine effettuate delle valutazioni preliminari sull'efficacia della matrice elettrofilata come supporto per gene delivery, in particolare per la trasfezione di plasmidi pGL3. Innanzitutto è stata elettrofilata una soluzione contenente complessi bPEI/DNA, ottenendone l'incorporazione nella matrice risultante, e ne è stata tentata la visualizzazione al microscopio ottico od elettronico. In seguito è stata effettuata una prima valutazione dell'effetto dei solventi utilizzati per l'electrospinning sull'attività di tali complessi, attraverso una prova di trasfezione cellulare da film di collagene e gelatina, dissolti nei rispettivi solventi insieme ai complessi.