Elettrospinning Coassiale: membrane a diversa rigidezza per lo studio della meccanobiologia

Mechanosensing and mechanotransduction are processes that the cell enacts to sense and respond to external mechanical stimuli, respectively, one of which is the presence of the extracellular matrix (ECM) and its stiffness. Interaction with the ECM triggers a series of chemical and structural changes that affect cell adhesion, proliferation and differentiation. The present work aims to fabricate electrospun membranes, characterized by different stiffness, in order to study and evaluate cell behavior. The chosen technique is coaxial electrospinning, which allows obtaining fibers core-shell with the advantage of decoupling the surface chemistry and stiffness of the inner material. The polymers selected for the inner layer are polyurethanes with three different hardnesses, while GelMA is used for the outer layer, with the aim of isolating the core and increasing cell adhesion. Since it is water soluble, GelMA undergoes a crosslinking process in situ to avoid swelling of the fibers that generally occurs following immersion in the crosslinking solution. The coaxial electrospinning step is preceded by optimization of the polymer solutions and process parameters using the traditional electrospinning technique for each individual polymer. Subsequent to seeding the samples with C2C12 skeletal murine myoblasts, the study of cell behavior is done by evaluating the adhesion and proliferation capacity and observing the cytoskeletal structure using the immunofluorescence technique. The results show a direct proportionality between substrate stiffness and cell adhesion and proliferation capacity.

Il meccano-sensing e la meccanotrasduzione sono processi che la cellula mette in atto rispettivamente per percepire e rispondere agli stimoli meccanici esterni, uno dei quali è rappresentato dalla presenza della matrice extracellulare (ECM) e dalla sua rigidezza. L’interazione con la ECM innesca una serie di cambiamenti chimici e strutturali che incidono sull’adesione, sulla proliferazione e sulla differenziazione delle cellule. Il presente lavoro si pone come obbiettivo la realizzazione di membrane elettrofilate, caratterizzate da diversa rigidezza, per studiare e valutare il comportamento cellulare. La tecnica scelta è quella dell’elettrospinning coassiale che permette di ottenere fibre coreshell con il vantaggio di disaccoppiare la chimica superficiale e la rigidezza del materiale interno. I polimeri selezionati per lo strato interno sono poliuretani con tre diverse durezze, mentre per quello esterno è utilizzata la GelMA con lo scopo di isolare il core e incrementare l'adesione cellulare. Quest’ultima, essendo instabile in ambiente acquoso, è sottoposta a un processo di reticolazione in situ per evitare il rigonfiamento delle fibre che si verifica generalmente a seguito dell’immersione nella soluzione reticolante. La fase di elettrofilatura coassiale è preceduta dall’ottimizzazione delle soluzioni polimeriche e dei parametri di processo utilizzando la tecnica dell’elettrospinning tradizionale per ogni singolo polimero. Successivamente alla semina dei campioni con mioblasti murini scheletrici C2C12, lo studio del comportamento cellulare avviene mediante la valutazione della capacità di adesione e proliferazione e l’osservazione della struttura citoscheletrica grazie alla tecnica dell’immunoflorescenza. I risultati mostrano una diretta proporzionalità tra rigidezza del substrato e capacità di adesione e proliferazione cellulare.