Modelli 3D in vitro per lo studio di patologie neurodegenerative

The role of neurodegenerative diseases is becoming increasingly important in modern society. Given the lack of adequate in vitro models that can reproduce the aspects of accumulation of the proteins characteristic of these pathologies, the aim of this work has been to realize and test a 3D in vitro models for the two main neurodegenerative diseases: Alzheimer's disease (AD) and Parkinson's disease (PD). The goals was pursued through the use of hydrogels based on PEG and collagen, exploiting their retention properties For the 3D model of AD was used a cell line capable to over-express the production of the protein of interest, the β-amyloid. The capability of hydrogels to retain this protein was proved by the analyze of its content in the culture medium above different thicknesses of these materials under which the cells were placed. The results had shown a dependence of the amount of β-amyloid present in the supernatants from the gel thickness. The 3D in vitro model of PD was set up by loading in the same materials a engineered variant of α-synuclein, a protein of great interest for the aforesaid pathology, that is able to be tracked by fluorescence. The retentive abilities of the materials were verified by release tests under simulating conditions of an in vivo approach. The results had shown that there was a massive release of protein from hydrogels but they also confirmed the maintenance of its biological properties over time. The choice of the use of semi interpenetrated matrices will allow to improve the retentive characteristics of the gel giving them a better applicability for this second model. These devices will also be subject to future implementations in more complex systems, such as organs on-chip.

Dato il ruolo di importanza sempre crescente che le malattie neurodegenerative ricoprono nella società moderna e la mancanza di adeguati modelli in vitro che possano riprodurne gli aspetti di accumulo delle proteine patologiche che li caratterizzano, questo lavoro di tesi si pone come obiettivo quello di sviluppare e verificare dei modelli 3D in vitro per le due patologie neurodegenerative più diffuse: la malattia di Alzheimer (AD) ed il morbo di Parkinson (PD). L’obiettivo è stato perseguito mediante l’uso di idrogeli a base di PEG e collagene, sfruttandone le proprietà ritentive. Per il modello 3D di AD è stata utilizzata una linea cellulare in grado di sovra esprimere la produzione della proteina di interesse, la β-amiloide. La capacità degli idrogeli di trattenere tale proteina è stata verificata mediante l’analisi del terreno di coltura posto sopra diversi spessori di gel sotto i quali erano state seminate le cellule. I risultati hanno confermato una dipendenza della quantità di β-amiloide presente nei surnatanti dallo spessore del gel. Il modello 3D di PD è stato impostato caricando nei medesimi materiali una variante ingegnerizzata dell’ α-synucleina, proteina di grande interesse per la suddetta patologia, in grado di essere tracciata mediante florescenza. Le capacità ritentive dei materiali sono state verificate mediante test di rilascio in condizioni simulanti un approccio in vivo. I risultati hanno mostrato come vi fosse un massivo rilascio di proteina ma hanno anche confermato il mantenimento delle sue proprietà biologiche nel tempo. La scelta di aver utilizzato matrici semi interpenetrate permetterà di migliorare le caratteristiche ritentive del gel permettendone una migliore applicabilità per questo secondo modello. Tali apparati saranno inoltre passibili di future implementazioni in sistemi più complessi, quali gli organ on chip.