Progressi nei innesti vascolari sintetici

I innesti vascolari sintetici (sVG) sono stati al centro della ricerca da quando è stato creato il primo oltre 70 anni fa. L'obiettivo principale è stato migliorare il modo in cui questi innesti guariscono, in particolare per supportare la crescita di tessuti sani all'interno di essi. Purtroppo, nonostante molti progressi, gli innesti sintetici completamente guariti rimangono difficili da ottenere nella pratica clinica. Quando vengono inseriti nel corpo, questi innesti mostrano solitamente guarigione solo alle estremità dove i chirurghi li attaccano ai vasi sanguigni esistenti, lasciando la parte centrale senza alcuna guarigione. Questa limitata guarigione è nota come ingrowth trans-anastomotica o pannus.

Negli ultimi anni, gli scienziati si sono rivolti all'ingegneria dei tessuti in laboratorio, utilizzando cellule vive per creare vasi sanguigni. Questo approccio ha un potenziale ma affronta sfide come lunghi tempi di produzione, costi elevati, problemi di approvvigionamento delle cellule e compatibilità con il corpo umano. Per affrontare questi problemi, i ricercatori stanno ora esaminando l'ingegnerizzazione diretta di impalcature porose che possano attrarre cellule dal corpo per aiutare a formare nuovo tessuto. Questo approccio potrebbe semplificare il processo di guarigione e accelerare l'uso di queste tecnologie nella cura dei pazienti.

#Importanza della Porosità negli Innesti Chirurgici

La struttura e le caratteristiche dei pori negli innesti si sono dimostrate influenzare significativamente le loro prestazioni. Studi passati hanno mostrato che una maggiore porosità, che consente un miglior flusso di fluidi, porta a una guarigione migliore. Ad esempio, un tipo comune di innesto realizzato in politetrafluoroetilene espanso (ePTFE) ha dimostrato che aumentare la dimensione dei pori può aiutare i tessuti, in particolare i vasi sanguigni, a guarire più efficacemente. Tuttavia, rendere gli innesti abbastanza robusti per l'uso nei pazienti richiede solitamente rinforzo, il che può ostacolare la crescita del tessuto.

Sebbene si accetti ampiamente che la porosità sia importante per gli innesti, controllare la dimensione e la struttura di questi pori non è stato ottenuto in modo costante. I ricercatori del nostro laboratorio hanno creato materiali con pori interconnessi e precisi. I test su animali più piccoli hanno mostrato che una dimensione ottimale dei pori di circa 35-40 micrometri migliora il reclutamento delle cellule endoteliali, fondamentali per la formazione dei vasi sanguigni. Questi materiali porosi di precisione sembrano incoraggiare la guarigione attirando cellule immunitarie speciali chiamate Macrofagi.

#Modelli Animali per Testare la Guarigione degli Innesti

Scegliere il giusto modello animale è fondamentale per studiare come guariscano gli innesti sintetici. Molti studi hanno riportato una guarigione completa negli animali, ma questo spesso non si traduce in esseri umani adulti. Una ragione potrebbe essere che gli animali più giovani guariscono naturalmente meglio. Le pecore adulte rappresentano un modello più accurato perché imitano la guarigione limitata vista negli umani e possono fornire dati più applicabili ai pazienti umani.

#Il Ruolo dei Macrofagi nella Guarigione

Quando materiali estranei come gli innesti sintetici vengono inseriti nel corpo, i macrofagi, un tipo di cellula immunitaria, possono fondersi per formare cellule più grandi conosciute come cellule giganti multinucleate (MNGC). Queste MNGC sono spesso viste negativamente perché possono contribuire alla rottura dei materiali impiantati. Tuttavia, recenti scoperte suggeriscono che queste cellule possano anche avere un ruolo nel promuovere la guarigione, specialmente quando mostrano caratteristiche collegate sia all'infiammazione che alla riparazione.

#Lo Studio IMPRESSIVE: Obiettivi e Ipotesi

Nel nostro studio, ci siamo concentrati su un nuovo tipo di innesto chiamato innesto IMPRESSIVE, realizzato in un elastomero di poliuretano (PU) ottimizzato. Volevamo vedere se questi innesti potessero migliorare la guarigione attirando i macrofagi e guidandoli ad adottare caratteristiche orientate alla guarigione. Abbiamo impiantato innesti PU insieme a innesti standard in PTFE nelle pecore per confrontare le prestazioni affianco a fianco.

Il design degli innesti PU permette un miglior flusso sanguigno ed è più conforme al movimento naturale dei vasi sanguigni. Ci aspettavamo che gli innesti PU mostrassero molta più crescita cellulare e guarigione rispetto agli innesti PTFE, in particolare oltre le aree di attacco.

#Confronto delle Strutture degli Innesti

Per capire come funzionano i diversi innesti, li abbiamo esaminati utilizzando la microscopia elettronica a scansione (SEM). Questa tecnica di imaging ha mostrato che gli innesti PU possiedono una struttura porosa uniforme e interconnessa, a differenza della struttura stratificata degli innesti PTFE. I pori negli innesti PU consentono alle cellule di infiltrarsi più facilmente e promuovere la guarigione.

#Valutazione delle Prestazioni degli Innesti

Per valutare quanto bene si comportassero gli innesti in condizioni normali, abbiamo monitorato la loro risposta ai cambiamenti di pressione nel sangue. Abbiamo scoperto che gli innesti PU sono molto più conformi rispetto a quelli in PTFE, il che significa che gestiscono meglio le fluttuazioni della pressione sanguigna. Entrambi i tipi di innesti possono sostenere livelli elevati di pressione sanguigna, ma gli innesti PU si integravano meglio nel tessuto circostante senza sanguinamento, indicando che stavano funzionando bene.

Confrontando le superfici delle aree innestate, gli innesti PU mostravano uno strato sottile di tessuto con pochi piccoli coaguli di sangue, mentre gli innesti PTFE erano coperti di coaguli di sangue con poche evidenze di guarigione. Questo confronto supporta l'idea che gli innesti PU promuovano una migliore integrazione e guarigione.

#Analisi Istologica degli Innesti

Per valutare ulteriormente l'efficacia degli innesti, abbiamo condotto studi istologici. Abbiamo scoperto che gli innesti PU avevano significativamente più tessuto che copriva le loro superfici interne rispetto agli innesti PTFE, che erano per lo più privi di tessuto nelle sezioni centrali. Abbiamo misurato l'estensione della crescita del tessuto e scoperto che gli innesti PU raggiungevano circa il 95% di copertura, mentre gli innesti PTFE raggiungevano solo circa il 14%.

La densità delle cellule all'interno delle pareti degli innesti PU era anche molto più alta, mostrando che il design degli innesti PU consente un'importante infiltrazione cellulare e guarigione. Il confronto ha rivelato che mentre le pareti degli innesti PTFE erano principalmente riempite di sangue coagulato, le pareti degli innesti PU erano popolate da cellule viventi, tra cui macrofagi e nuovi vasi sanguigni.

#Endotelializzazione e Successo degli Innesti

Le cellule endoteliali sono essenziali per formare il rivestimento interno dei vasi sanguigni. Abbiamo colorato le sezioni degli innesti per osservare le cellule endoteliali e scoperto che gli innesti PU avevano una copertura quasi completa da queste cellule, mentre gli innesti PTFE mostravano una presenza minima di cellule endoteliali. Quantificando questa copertura, abbiamo confermato che gli innesti PU superavano significativamente gli innesti PTFE in termini di endotelializzazione.

#Comportamento dei Macrofagi negli Innesti

La nostra ricerca ha anche esaminato come si comportassero i macrofagi all'interno degli innesti. Abbiamo trovato un gran numero di queste cellule immunitarie nei pori degli innesti PU, con molti che presentavano qualità pro-guarigione. In particolare, molti macrofagi mostravano caratteristiche sia di tipo M1 (pro-infiammatorio) che di tipo M2 (pro-guarigione), indicando una risposta immunitaria equilibrata che può favorire la guarigione.

Al contrario, la risposta dei macrofagi negli innesti PTFE era limitata, poiché meno cellule immunitarie erano in grado di infiltrarsi nel materiale dell'innesto. Questo ha portato alla comprensione che i materiali PU possono favorire un ambiente più favorevole alla guarigione grazie alla loro capacità di attrarre e trattenere i macrofagi.

#Comprendere le Cellule Giganti del Corpo Estraneo

È stata esaminata anche la presenza delle FBGC, che si formano dai macrofagi. Abbiamo notato una maggiore densità di queste cellule negli innesti PU rispetto agli innesti PTFE. È importante notare che molte delle FBGC negli innesti PU mostravano una combinazione di marcatori pro-infiammatori e pro-guarigione, suggerendo che potrebbero comunque contribuire positivamente al processo di guarigione.

D'altra parte, le FBGC negli innesti PTFE mostravano un fenotipo più semplice che potrebbe non incoraggiare efficacemente la rigenerazione. Questo spunto mette in discussione la visione tradizionale delle FBGC come esclusivamente dannose.

#Conclusione e Direzioni Future

I nostri risultati dallo studio IMPRESSIVE indicano che gli innesti PU forniscono un vantaggio significativo rispetto agli innesti tradizionali in PTFE. Hanno dimostrato una guarigione quasi completa, una copertura endoteliale migliorata e una maggiore infiltrazione cellulare. Inoltre, le diverse popolazioni di macrofagi e FBGC all'interno degli innesti PU suggeriscono che i materiali incoraggiano una risposta immunitaria equilibrata, favorevole alla guarigione.

Sebbene questi risultati siano promettenti, sono necessarie ulteriori ricerche per valutare gli esiti a lungo termine, come il potenziale per ridurre complicazioni come ostruzioni o infezioni. Stabilire studi a lungo termine sarà cruciale per convalidare l'efficacia degli innesti PU in contesti clinici.

In sintesi, gli innesti IMPRESSIVE rappresentano un passo significativo avanti nello sviluppo di innesti vascolari sintetici, con il potenziale di tradursi in migliori risultati per i pazienti in futuro. L'esplorazione continua dell'ingegneria dei tessuti e del comportamento delle cellule immunitarie in questi ambienti potrebbe fornire ulteriori approfondimenti su come possiamo migliorare la guarigione e la biocompatibilità nei dispositivi medici.