Rilevazione di HOCl

Rapporti scientifici volume 12, numero articolo: 10329 (2022) Citare questo articolo

1106 accessi

1 Citazioni

1 Altmetrico

Dettagli sulle metriche

I biomateriali artificiali possono aumentare significativamente il tasso di rigenerazione dei tessuti. Tuttavia, l’impianto di scaffold porta non solo ad una guarigione accelerata dei tessuti ma anche ad una risposta immunitaria dell’organismo, che provoca la degradazione del biomateriale. La sinergia tra la risposta immunitaria e i processi di degradazione dello scaffold determina in gran parte l’efficienza della rigenerazione dei tessuti. Tuttavia, i metodi adatti per una caratterizzazione rapida, accurata e non invasiva del grado di degradazione del biomateriale sono altamente richiesti. Qui mostriamo la possibilità di monitorare la degradazione degli scaffold di pericardio bovino decellularizzato in condizioni che imitano la risposta immunitaria e i processi di ossidazione utilizzando la tomografia multifotone combinata con l'imaging a fluorescenza (MPT-FLIM). Abbiamo scoperto che la durata della fluorescenza dei legami incrociati indotti dalla genipina nel collagene e i prodotti di ossidazione del collagene sono indicatori importanti della degradazione ossidativa degli scaffold. Ciò è stato verificato in esperimenti modello, dove l'ossidazione è stata indotta con acido ipocloroso o mediante esposizione a neutrofili attivati. I parametri di decadimento della fluorescenza erano correlati anche ai cambiamenti delle proprietà micromeccaniche degli scaffold valutati utilizzando la microscopia a forza atomica (AFM). I nostri risultati suggeriscono che FLIM può essere utilizzato per valutazioni quantitative delle proprietà e del degrado degli scaffold essenziali per i processi di guarigione delle ferite in vivo.

Nell'ingegneria dei tessuti e nella medicina rigenerativa, gli scaffold forniscono supporto meccanico e segnali biochimici per garantire la sopravvivenza e la differenziazione cellulare1. La decellularizzazione di tessuti e organi animali consente di fabbricare matrice extracellulare (ECM) che mantiene le proprietà meccaniche e biochimiche dell'ECM nativa e costituisce una nicchia ideale per la rigenerazione dei tessuti2,3. Il biomateriale stimola il reclutamento cellulare e il rimodellamento dei tessuti e, allo stesso tempo, si degrada gradualmente. La velocità e i meccanismi di degradazione dello scaffold determinano in gran parte la risposta immunitaria all’impianto dello scaffold e l’efficienza della guarigione delle ferite.

Il pericardio bovino decellularizzato (DBP) è di particolare interesse in medicina per la sua disponibilità, biocompatibilità e proprietà fisico-chimiche sintonizzabili4. Il DBP è un materiale economico e robusto ampiamente utilizzato in cardiochirurgia, ortopedia, chirurgia generale e polmonare e odontoiatria5. La reticolazione del DBP mediante agenti chimici come glutaraldeide, composti epossidici e genipina modula l'immunogenicità del biomateriale, migliora la sua stabilità proteolitica e ne prolunga la degradazione4,6. Tuttavia, un ritardo eccessivo nel degrado dello scaffold può provocare un’eccessiva risposta infiammatoria e la formazione di corpi estranei. Pertanto, la progettazione dei nuovi agenti reticolanti e l’ottimizzazione dell’architettura e del degrado dello scaffold rappresentano un punto caldo nella medicina rigenerativa7.

L'impianto di scaffold avvia la risposta immunitaria per cui i neutrofili sono le prime cellule immunitarie reclutate e attivate nel sito del danno tissutale8,9. L'attivazione dei neutrofili è accompagnata dalla secrezione di proteine ​​(es. collagenasi, gelatinasi) da granuli intracellulari capaci di degradare i biomateriali. Inoltre, i neutrofili attivati ​​rilasciano mieloperossidasi (MPO) che, in presenza di H2O2, genera acido ipocloroso (HOCl). HOCl è un potente agente ossidante in grado di ossidare e degradare non solo le molecole biologiche ma anche i nanomateriali a base di carbonio10,11,12.

Tecniche fisiche, come la microscopia a forza atomica (AFM), sono state impiegate con successo per valutare i cambiamenti nelle proprietà strutturali e il degrado degli scaffold13,14,15,16. I metodi ottici consentono inoltre una rapida valutazione quantitativa delle proprietà fisico-chimiche dei biomateriali e di sondare lo stato metabolico delle cellule circostanti. Particolarmente promettente è l'applicazione della tomografia a fluorescenza multifotone combinata con l'imaging a fluorescenza (MPT-FLIM), che consente di visualizzare gli strati tissutali più profondi con contrasto specifico per la molecola17. L'MPT-FLIM è stato precedentemente utilizzato per caratterizzare la degradazione degli scaffold a base di collagene18,19,20,21,22,23. FLIM combinato con la spettroscopia Raman consente anche di valutare il grado di reticolazione negli scaffold pericardici contenenti collagene utilizzando il segnale di fluorescenza dei legami incrociati indotti dalla genipina19. Il FLIM multispettrale è stato utilizzato per monitorare la degradazione enzimatica del collagene negli scaffold di pericardio bovino20. La stereomicroscopia a fluorescenza e la tomografia multifotone sono state utilizzate insieme ai test immunoistochimici e alla microtomografia per ottenere informazioni sulla degradazione del DBP ex vivo21. Il FLIM in fibra ottica è stato applicato per tracciare la dinamica della ricellularizzazione della superficie dello scaffold monitorando i cambiamenti della durata della fluorescenza22. I parametri della durata dell'autofluorescenza dei prodotti di ossidazione del collagene e dei legami incrociati possono essere utilizzati anche per caratterizzare i collageni naturali e la loro degradazione in vivo24,25,26,27. Tuttavia, la modifica dei biomateriali del collagene indotta dalle cellule immunitarie non è stata valutata mediante tecniche ottiche.