Modello in vitro ingegnerizzato di patologia per lo studio del morbo di Alzheimer

To date, the incidence of neurodegenerative diseases is still very high and the need to have new tools for investigation is increasingly strong. Three-dimensional models of in vitro culture represent one of the current strengths of research, as they allow a more in-depth study of the biological mechanisms underlying the development of these pathologies and are shown to be a valid alternative to animal models in the study of new therapeutic strategies. The hinge principle that has guided this work has been to propose an in vitro 3D model for the simulation of Alzheimer's Disease (AD), that can be controllable, reproducible and suitable for a possible use in a dynamic environment within of microfluidic platforms such as organ-on-chip. Two types of models have been proposed, the 'Simil-3D' model (adherent and gel-coated cells) and the '3D' model (cells encapsulated in the gel), both made with hydrogels based on bovine type I collagen,hyaluronic acid (HA) and polyethylene glycol (PEG). The cell line used was the H4-SW, presenting a double mutation for the over-expression of the APP protein, precursor of β-amyloid. The study included fibrillogenesis, long-term cytocompatibility and immunofluorescence tests to verify the accumulation of β-amyloid protein in both types of models. The results showed that the '3D' model is a good candidate for the development of a pathology model as it provides a good representation of the biological environment and allows a greater accumulation of Aβ. The matrix based on collagen and HA seems to be the best choice in terms of fibrillogenesis times, biocompatibility and stability even in the case of dilutions; moreover, from the biological point of view, HA is one of the main components of the extracellular matrix (ECM) and is involved in the mediation of important cellular signals and in the exchange of fluids and macromolecules through interstitial space.

Ad oggi l’incidenza delle patologie neurodegenerative è ancora molto alta ed è sempre più forte l’esigenza di avere a disposizione nuovi strumenti di indagine. I modelli tridimensionali di coltura in vitro rappresentano uno degli attuali punti di forza della ricerca, in quanto permettono uno studio più approfondito dei meccanismi biologici alla base dello sviluppo di tali patologie e si mostrano essere un valida alternativa ai modelli animali nello studio di nuove strategie terapeutiche. Il principio cardine che ha guidato lo svolgimento di questo lavoro è stato quello di proporre un modello 3D in vitro per la simulazione della Malattia di Alzheimer (AD), che risulti essere controllabile, riproducibile e adatto per un eventuale utilizzo in ambito dinamico all'interno di piattaforme microfluidiche quali gli organ-on-chip. Sono state proposte due tipologie di modello, il modello ‘Simil-3D’ (cellule adese e ricoperte da gel) ed il modello ‘3D’(cellule incapsulate nel gel), entrambi realizzati con idrogeli a base di collagene bovino di tipo I, acido ialuronico (HA) e polietilenglicole (PEG). La linea cellulare utilizzata è stata quella delle H4-SW, presentante una doppia mutazione per la sovra-espressione della proteina APP, precursore della β-amiloide(Aβ). Lo studio ha previsto test di fibrillogenesi, di citocompatibilità su lungo periodo e prove di immunofluorescenza per verificare l’accumulo di proteina Aβ in entrambe le tipologie di modello. Dai risultati è emerso come il sistema ‘3D’ sia un buon candidato per lo sviluppo di un modello di patologia in quanto fornisce una buona rappresentazione dell’ambiente biologico e permette un maggior accumulo di Aβ. La matrice a base di collagene e HA sembrerebbe essere la scelta migliore in termini di tempistiche di fibrillogenesi, biocompatibilità e stabilità anche in caso di diluizioni; inoltre, dal punto di vista biologico, l’HA è uno dei principali componenti della matrice extracellulare ed è coinvolto nella mediazione di importanti segnali cellulari e nello scambio di fluidi e macromolecole attraverso lo spazio interstiziale.