L'idrogel termosensibile accoppiato con ascorbil fosfato di sodio promuove il cordone ombelicale umano

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 11909 (2023) Citare questo articolo

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Si ritiene che la scarsa sopravvivenza e la funzione limitata delle cellule staminali trapiantate limitino notevolmente la loro efficacia nel recupero delle ferite. Di conseguenza, è necessario identificare strategie terapeutiche innovative per risolvere queste problematiche. In primo luogo, l'effetto biologico dell'idrogel PF-127 da solo e in combinazione con SAP sulla sopravvivenza e sulla migrazione delle HUCMSC in coltura è stato valutato mediante test di vitalità cellulare, apoptosi e ferite da graffio. S. aureus ed E. coli sono stati utilizzati per valutare l'attività antibatterica della combinazione PF-127 più SAP. Inoltre, la capacità del mezzo condizionato dagli HUCMSC (HUCMSCs-CM) di promuovere l'angiogenesi e la migrazione delle cellule endoteliali della vena ombelicale umana (HUVEC) in vitro è stata valutata utilizzando test di formazione di tubi e migrazione di transwell. Infine, gli HUCMSC incorporati nell'impalcatura PF-127 più SAP sono stati somministrati sul letto della ferita cutanea escissionale dei topi. Sono state impiegate analisi istologiche e immunoistochimiche per studiare la capacità di guarigione delle ferite e le risposte cellulari dell'idrogel PF-127/HUCMSC/SAP. PF-127 ha mostrato citotossicità sulle HUCMSC, mentre l'aggiunta di SAP ha promosso significativamente la vitalità cellulare e alleviato l'apoptosi delle HUCMSC incapsulate nell'idrogel PF-127 in vitro. L'integrazione di SAP ha sostanzialmente abrogato l'effetto inibitore del PF-127 sulla migrazione delle HUCMSC in vitro. La combinazione di PF-127 e SAP ha esercitato un'evidente funzione batteriostatica su S. aureus ed E. coli. Inoltre, il co-trattamento con SAP potrebbe migliorare notevolmente l'effetto stimolativo delle HUCMSC-CM sull'angiogenesi e sulla migrazione delle HUVEC in vitro. Il trapianto combinato di HUCMSC incorporati in SAP PF-127 ha prodotto un processo di guarigione delle ferite fortemente accelerato, ha promosso il numero di cellule proliferanti e vasi sanguigni di nuova formazione, nonché una maggiore espressione del fattore di crescita endoteliale vascolare. PF-127 accoppiato con SAP contribuisce alla chiusura traumatica della ferita mediata da HUCMSC nei topi promuovendo la sopravvivenza cellulare, l'azione antibatterica e l'angiogenesi. I nostri risultati hanno offerto una base teorica per il trattamento clinico dei difetti cutanei traumatici.

Le lesioni cutanee traumatiche possono provocare la distruzione dell'integrità strutturale e funzionale del tessuto cutaneo normale1. Le lesioni cutanee superficiali che danneggiano solo l'epidermide possono guarire completamente da sole, mentre le ferite cutanee profonde che danneggiano il derma sottostante mostrano una capacità di autoriparazione limitata, gravi infezioni microbiche e cicatrici fibrotiche anomale2. Il trattamento di lesioni cutanee gravi, come ferite cutanee di grandi dimensioni, lesioni cutanee gravi e ustioni cutanee, spesso richiede un intervento chirurgico di sbrigliamento, l'integrazione di fattori di crescita o una terapia a pressione negativa con medicazioni bioattive per ferite3,4. Tuttavia, l’efficacia terapeutica di questi trattamenti sembra spesso insoddisfacente per molti pazienti.

Al giorno d'oggi, la terapia basata sulle cellule staminali mesenchimali (MSC) è stata riconosciuta come un approccio efficace alla rigenerazione dei tessuti e alla guarigione delle ferite attraverso il reclutamento dell'epitelio, la promozione dell'angiogenesi e la regolazione dell'infiammazione5,6. In particolare, le MSC derivate dal cordone ombelicale umano (HUCMSC) sono tra le più utilizzate negli studi preclinici e clinici a causa della ripetitività della raccolta, del processo di raccolta meno invasivo e della maggiore resa di MSC. Le HUCMSC sono considerate fonti cellulari ideali per la medicina rigenerativa grazie alla loro maggiore longevità, maggiore capacità proliferativa e capacità di differenziazione cellulare più forte rispetto ad altre MSC7,8,9. Nelle precedenti indagini sulla rigenerazione delle ferite, il metodo comune per somministrare le MSC è l’iniezione. Allo stesso tempo, l’efficienza terapeutica era limitata dallo scarso attecchimento, dalla breve ritenzione e dalla bassa sopravvivenza delle MSC trapiantate10,11,12.

A causa dei recenti progressi nella ricerca sull’ingegneria dei tessuti, la combinazione di MSC con scaffold basati su biomateriali che prolungano il tempo di sopravvivenza delle MSC nel microambiente della ferita è servita come potenziale alternativa per il ringiovanimento delle ferite. Pluronic F-127 è un idrogel sensibile al calore che esiste come liquido a basse temperature e come gel semisolido quando la temperatura aumenta13. La degradazione di PF-127 è rapida dopo essere stato trapiantato in vivo senza quasi alcun effetto collaterale sull'ospite. La FDA statunitense ha autorizzato PF-127 per l'utilizzo clinico delle cellule staminali14. Le MSC gelatinose di Wharton incapsulate nell'idrogel PF-127 possono promuovere significativamente la guarigione delle ferite diabetiche nei topi15. Wen et al. hanno utilizzato PF-127 per fornire le MSC alla fusione spinale nei conigli e hanno riferito che il composto era superiore alle sole MSC16. Un altro studio ha riportato che PF-127 era utile per trattenere le vescicole extracellulari derivate dalle cellule stromali e l'applicazione di PF-127 ha migliorato la riparazione e la rigenerazione della fistola esofagea articolare17. Tuttavia, vi sono ostacoli all'applicazione del PF-127 per il trattamento delle ferite cutanee poiché è stato riportato che il PF-127 ha un effetto citotossico sulla sopravvivenza delle cellule incapsulate15,18,19. Uno studio sulla riduzione della citotossicità di PF-127 ha dimostrato che la fornitura di un agente stabilizzante la membrana può promuovere notevolmente la vitalità delle MSC in PF-12720.