Intraluminal guidance: nanofibre elettrofilate per la rigenerazione del sistema nervoso periferico

The nervous system, whose basic unit is the neuron, allows the body to interface with the environment and is divided into the central nervous system (CNS), the peripheral nervous system (PNS) and the sense organs. The peripheral nerve fibre consists of the axon and myelin sheath, formed by Schwann cells, which mainly allows faster conduction of the electrical signal. Lesions can be of two types: - Reversible: affecting only the epithelial portion of the tissue. - Irreversible: a lesion that also affects the stromal portion of the tissue, where fibroblasts are present. Among the therapies in clinical use, in the case of irreversible lesions, we distinguish between conventional and regenerative. Among the conventional we recognise: - Direct suture: if the severance is total, but the distance between the heads is only a few mm (< 30). - Autograft and allograft grafting: if the lesion has a considerable distance (also > 30mm). To overcome the limitations of conventional techniques, there are regenerative therapies, the most important of which is the use of nerve guides, i.e. tubular structures capable of promoting nerve regeneration by confining growth factors and promoting communication between ends. Some solutions consisting of biodegradable polymers are already commercially available, however, they are capable of bridging a gap of at most 30 mm, which limits their use. To overcome this problem, research has focused on the use of internal guide supports that promote the formation of fibrin filaments, including chemical stimuli (growth factors) and morphological stimuli (internal fillers), either individually or in a combined approach. It has been shown in several̀ studies that the use of internal fibre fillers leads to an increase in regeneration capacity. Electrospinning is a technique capable of generating large-area substrates with controlled topography, making the scaffold very similar to the physiological extracellular matrix of biological tissues. The response of Schwann cells depends on the different characteristics of the electrospun fibre scaffolds on which they are grown. The main characteristics that can be investigated are alignment, diameter and surface topography. This work focuses on the search for the best material to promote neuronal growth and proliferation, with a focus on the comparative study of different materials, including polycaprolactone, gelatin, albumin and polyurethanes. Two electrospinning methods were tested to obtain aligned fibre samples and optimised the parameters for each material. Subsequently, in vitro tests were conducted with Schwann cells to assess cell viability, migration and morphology and determine the most favourable material for cell growth.

Il sistema nervoso, la cui unità base è il neurone, permette al corpo di interfacciarsi con l’ambiente ed è suddiviso in sistema nervoso centrale (SNC), sistema nervoso periferico (SNP) e organi di senso. La fibra nervosa periferica è costituita dall’assone e dalla guaina mielinica, formato dalle cellule di Schwann, che principalmente permette una conduzione del segnale elettrico più veloce. Le lesioni possono essere di due tipologie: - Reversibile: interessa solamente la porzione epiteliale del tessuto. - Irreversibile: lesione che interessa anche la porzione stromale del tessuto, dove sono presenti i fibroblasti. Tra le terapie in uso clinico, nel caso di lesioni irreversibili, distinguiamo tra convenzionali e rigenerative. Tra le convenzionali riconosciamo: - Sutura diretta: se la recisione è totale, ma la distanza tra i capi è di pochi mm (< 30). - Trapianto di autograft e allograft: se la lesione presenta una distanza considerevole (anche > 30mm). Per far fronte alle limitazioni delle tecniche convenzionali esistono terapie rigenerative tra cui, la più importante, è l’utilizzo di nerve guides, ovvero strutture tubolari in grado di favorire la rigenerazione del nervo confinando i fattori di crescita e promuovendo la comunicazione tra gli estremi. Alcune soluzioni costituite da polimeri biodegradabili si trovano già in commercio, tuttavia, sono in grado di colmare un gap di al massimo 30 mm, e questo limita il loro utilizzo. Per ovviare a questo problema, la ricerca si è concentrata sull’utilizzo di supporti interni alle guide che favorissero la formazione dei filamenti di fibrina, tra cui stimoli chimici (fattori di crescita) e stimoli morfologici (riempitivi interni), sia singolarmente che con un approccio combinato. È stato dimostrato in più̀ studi che l’utilizzo di riempitivi interni a fibre porta ad un aumento della capacità di rigenerazione. L’electrospinning è una tecnica in grado di generare substrati di ampia area e con topografia controllata, rendendo lo scaffold molto simile alla matrice extra cellulare fisiologica dei tessuti biologici. La risposta delle cellule di Schwann dipende dalle diverse caratteristiche degli scaffold di fibre elettrofilate sui quali sono coltivate. Le principali caratteristiche indagabili sono allineamento, diametro e topografia superficiale. Questo lavoro si concentra sulla ricerca del miglior materiale per favorire la crescita e la proliferazione neuronale, con un focus sullo studio comparativo di diversi materiali, tra cui policaprolattone, gelatina, albumina e poliuretani. Sono stati testati due metodi di electrospinning per ottenere campioni di fibre allineate e ottimizzati i parametri per ogni materiale. Successivamente, sono stati condotti test in vitro con cellule di Schwann per valutare vitalità, migrazione e morfologia cellulare e determinare il materiale più favorevole alla crescita cellulare.