Elaborazione di un protocollo di decellularizzazione del tessuto cardiaco per la creazione di un patch tramite 3D bioprinting

Myocardial infarction is a pathological event that is still treated today with conventional therapies based on organ transplantation or the use of artificial devices that have numerous limitations. Scientific research is moving in the direction of overcoming these limits set by traditional medicine by developing various techniques belonging to the emerging science called "regenerative medicine", the first of which is tissue engineering. With it, a cardiac patch can be created starting from cells and biomaterials capable of regenerating myocardial tissue that is no longer functional. The purpose of this thesis is the design and construction of a cardiac patch using the decellularization technique of myocardial tissue taken from the pig heart and the use of 3D bioprinting technology. To achieve the intended objective, it was first necessary to conduct an in-depth study of the literature concerning both the composition of the tissue under examination and the progress of the experiments performed in this field. Decellularization tests were then carried out in order to assess whether the protocol used was adequate to obtain the elimination of cellular material in order to create the functional bio-ink for making the heart patch through 3D bioprinting. The results obtained with these experiments have proved that the decellularization protocol used is correct but can be improved, thus laying the foundations for achieving the optimal decellularization of tissues densely populated with cells such as that of the heart. It is therefore left to future experiments the deepening of what was elaborated with the following thesis and the evaluation of further decellularization protocols to obtain the creation of the cardiac patch for tissue regeneration.

L’infarto del miocardio è un evento patologico che ancora oggi viene curato con le terapie convenzionali basate sul trapianto d’organo o sull’uso di dispositivi artificiali che presentano numerose limitazioni. La ricerca scientifica si sta muovendo nella direzione di superare questi limiti posti dalla medicina tradizionale sviluppando diverse tecniche appartenenti all’emergente scienza denominata “medicina rigenerativa”, tra le quali la prima fra tutte è rappresentata dall’ingegneria tissutale. Con essa può essere infatti creato un cerotto (patch) cardiaco a partire da cellule e biomateriali capace di rigenerare il tessuto miocardico non più funzionale. Lo scopo della presente tesi è la progettazione e la realizzazione di un patch cardiaco tramite la tecnica della decellularizzazione del tessuto miocardico prelevato dal cuore di suino e l’utilizzo della tecnologia del 3D bioprinting. Per raggiungere quindi l’obiettivo preposto è stato necessario innanzitutto condurre uno studio approfondito della letteratura riguardante sia la composizione del tessuto in esame, sia lo stato di avanzamento degli esperimenti eseguiti in questo campo. Sono state svolte poi delle prove di decellularizzazione volte a valutare se il protocollo utilizzato fosse adeguato a ottenere l’eliminazione del materiale cellulare al fine di creare il bioinchiostro funzionale per la realizzazione del cerotto cardiaco tramite 3D bioprinting. I risultati ottenuti con questi esperimenti hanno provato che il protocollo di decellularizzazione utilizzato è corretto ma può essere migliorato, ponendo così le basi per raggiungere l’ottimale decellularizzazione di tessuti densamente popolati di cellule come è quello cardiaco. Si lascia quindi a futuri esperimenti l’approfondimento di quanto elaborato con la seguente tesi e la valutazione di ulteriori protocolli di decellularizzazione per ottenere la realizzazione del patch cardiaco per la rigenerazione tissutale.