Il bioprinting contro l’impotenza e la disfunzione erettile

La bioprinting produce risultati promettenti per il trattamento della disfunzione erettile

Ricercatori statunitensi e cinesi hanno lavorato insieme per migliorare il trattamento della disfunzione erettile (DE), rilasciando i dettagli del loro studio sulla ” Ricostruzione funzionale del corpo cavernoso ferito utilizzando impalcature di idrogel stampate in 3D seminate con cellule staminali che esprimono HIF-1α . ” Il trattamento per la disfunzione erettile può essere difficile, con una moltitudine di diverse terapie e farmaci prescritti in tutto il mondo; tuttavia, in questo studio, i ricercatori si sono concentrati sul trattamento per gli uomini con lesioni effettive al tessuto erettile, seminando impalcature di idrogel con rivestimento in eparina e stampate in 3D per favorire lo sviluppo di corpora vascolarizzati bioingegnerizzati.

Una volta danneggiato, il corpo cavernoso non è un candidato per il trattamento rigenerativo. E, sebbene la mancanza di funzione erettile sia una delle maggiori preoccupazioni, anche la funzione urinaria può essere influenzata, portando a problemi ancora più gravi. Gli autori riferiscono che, sebbene il trapianto possa essere un’opzione, è controverso. Anche la sostituzione della matrice accellulare è stata considerata come una possibilità, ma che comporta numerose sfide e qualche mancanza di successo. Nel cercare una soluzione completa, i ricercatori si sono rivolti alla stampa 3D “strutture biomimetiche complesse”.

“L’impalcatura dell’idrogel è stata selezionata perché poteva essere sviluppata per avere una struttura porosa meccanicamente forte che forniva un buon microambiente e spazio per supportare la crescita, l’adesione e la migrazione delle cellule e quindi corrispondere strutturalmente e meccanicamente ai corpora cavernosa naturali”, hanno spiegato i ricercatori. “La ricostruzione del sistema microvascolare svolge un ruolo vitale nel recupero delle funzioni dei corpora cavernosa.”

A causa del ruolo ovvio e critico che l’apporto di sangue svolge nel trattamento di successo, i ricercatori hanno fabbricato scaffold che non solo potevano ridurre la fibrosi dal difetto, ma anche ripristinare la rete vascolare e il tessuto necessario. Le cellule staminali derivate da muscoli mutazione HIF-1α (MDSC) sono state seminate sui ponteggi per l’impianto nei corpi cavernosi.

L’illustrazione schematica della riparazione dei corpora cavernosi feriti nei conigli. a Gli MDSC sono stati estratti dai muscoli delle zampe di coniglio. b Le MDSC mutate con HIF1α sono state ottenute per trasfezione lentivirale. c L’impalcatura in idrogel stampata in 3D è stata preparata con la tecnologia di stampa 3D. d L’eparina è stata depositata sulla superficie del ponteggio in idrogel stampato in 3D mediante autoassemblaggio strato per strato per ottenere un ponteggio in idrogel rivestito con eparina. e Le MDSC mutazione HIF-1α sono state seminate sul ponteggio in idrogel rivestito con eparina e secernono fattori correlati all’angiogenesi. f L’impalcatura è stata impiantata nei conigli con lesioni da cavernoso per riparare in situ i corpi cavernosi del pene e ripristinare l’erezione del pene e la funzione di eiaculazione. Inoltre, i conigli nati sono nati a causa del recupero dell’erezione del pene e della funzione di eiaculazione (e della successiva capacità riproduttiva) dei conigli maschi attraverso il nostro trattamento. La nostra strategia può portare al recupero della morfologia del pene e alla ricostruzione del sistema microvascolare nei corpora cavernosi del pene.

Il processo ha avuto successo, con risultati visti entro quattro mesi. I ricercatori hanno notato che, dopo il raccolto nei topi, le impalcature non mostravano necrosi tissutale; furono trovati degradabili; e ha anche sostenuto la vitalità dei tessuti in vivo. Sono stati trovati più nuovi vasi sanguigni nei ponteggi rivestiti con eparina per il gruppo mHIF1α rispetto ad altri, con nuovi tessuti che crescono su tutto il ponteggio, riempiendo i pori durante il processo di degradazione. Ciò ha portato i ricercatori a notare che i dati generali hanno dimostrato che il gruppo mHIF-1α “ha promosso la guarigione del corpo cavernoso ferito rispetto agli altri gruppi di impianto”.

Valutazione sperimentale dell’impianto sottocutaneo con impalcature di idrogel 3D caricate su cellule in topi nudi. a Immagini di impalcature di idrogel 3D prive di eparina ed eparinco caricate con cellule diverse prima e 60 giorni dopo l’impianto sottocutaneo. b Immagini della colorazione H&E nei gruppi privi di cellule, MDSC, vettori e mHIF-1α dopo l’impianto in topi nudi per 30 e 60 giorni. La barra della scala è 100 μm (n = 3). c Immagini angiografiche tridimensionali di vasi sanguigni in due impalcature impiantate dopo l’impianto in topi nudi per 30 e 60 giorni. La barra della scala è 100 μm (n = 3). d, e Espressione di VEGF, SDF-1 e PDGF a livello di proteine ​​tramite rilevamento di BB nel tessuto dell’impalcatura dopo 60 giorni (n = 3). (T-test a due code non accoppiato. In e-VEGF, ** p = 0,0093, mHIF-1α + senza eparina vs controllo * p = 0,0249, Vector + senza eparina vs controllo * p = 0,0434; in e-PDGF, *** p = 0.0003, ** p = 0.0079, * p = 0.016; in e, SDF-1, mHIF-1α + eparina vs controllo *** p = 0.0006, mHIF-1α + senza eparina vs controllo *** p = 0.0006, * p = 0,0249). f Analisi comparativa dell’espressione genica di VEGF, PDGF e SDF-1 mediante saggio qRT-PCR nel tessuto dell’impalcatura impiantato dopo 60 giorni (n = 3). (T-test a due code non accoppiato. In f, VEGF, ** p = 0,0045, * p = 0,0104; in f, PDGF, ** p = 0,0025, *** p = 0.0003; in f, SDF-1 , mHIF-1α + Heparin vs Control ** p = 0,0025, mHIF-1α + Heparinfree vs Control ** p = 0.0069). I dati vengono visualizzati come media ± SD. (* p <0,05, ** p <0,01, *** p <0,001). PDGF e SDF-1 mediante saggio qRT-PCR nel tessuto dell’impalcatura impiantato dopo 60 giorni (n = 3). (T-test a due code non accoppiato. In f, VEGF, ** p = 0,0045, * p = 0,0104; in f, PDGF, ** p = 0,0025, *** p = 0.0003; in f, SDF-1 , mHIF-1α + Heparin vs Control ** p = 0,0025, mHIF-1α + Heparinfree vs Control ** p = 0.0069). I dati vengono visualizzati come media ± SD. (* p <0,05, ** p <0,01, *** p <0,001). PDGF e SDF-1 mediante saggio qRT-PCR nel tessuto dell’impalcatura impiantato dopo 60 giorni (n = 3). (T-test a due code non accoppiato. In f, VEGF, ** p = 0,0045, * p = 0,0104; in f, PDGF, ** p = 0,0025, *** p = 0.0003; in f, SDF-1 , mHIF-1α + Heparin vs Control ** p = 0,0025, mHIF-1α + Heparinfree vs Control ** p = 0.0069). I dati vengono visualizzati come media ± SD. (* p <0,05, ** p <0,01, *** p <0,001).

“Di conseguenza, i valori ICP / MAP dei corpora cavernosa riparati dagli scaffold caricati con MDSCs mutati con HIF-1α diventano paragonabili a quelli dei corpora cavernosa normali e la relativa forza di contrazione massima (MCF) è fino al 77% dei corpora cavernosa nativi” hanno concluso i ricercatori. “Inoltre, i conigli neonati dei conigli maschi trattati con impalcature caricate con MDSCs mutazione HIF-1α confermano ulteriormente il recupero delle funzioni fisiologiche, inclusa la funzione erettile e la funzione di eiaculazione, nei conigli trattati.”

Rilevazione di pressioni intracavernose (ICP) e pressione arteriosa media (MAP) e test del bagno d’organo nella cavernosa riparata. a Il diagramma del metodo di misurazione di ICP e MAP. b, c Dopo l’applicazione di 6 V di stimolazione elettrica al nervo cavernoso, il valore ICP / MAP è stato registrato in sei diversi gruppi dopo 2 (b) e 4 (c) mesi di impianto (n = 3). I dati vengono visualizzati come media ± SD e analizzati da ANOVA a due vie con il test di confronti multipli di Sidak in b (mHIF-1α vs controllo negativo: * P = 0,0482; controllo positivo vs mHIF-1α: * P = 0,0215) ec (* P = 0,0276; NS, p> 0,05). d Immagini e diagramma schematico che mostra il test del bagno d’organo della forza di contrazione della cavernosa riparata a 37 ° C, 95% di ossigeno e 5% di anidride carbonica. Il tessuto cavernoso (nei cerchi rossi tratteggiati) è stato incubato nella soluzione di Krebs e la sua forza di contrazione è stata misurata da un sensore di tensione sotto il flusso di ossigeno costante. e Oscillogramma della variazione di tensione mediante fenilefrina (area verde) e fentolamina (area blu) stimolazione del corpo cavernoso riparato in ciascun gruppo (controllo negativo, privo di cellule, MDSC, vettore e mHIF-1α o gruppo di controllo positivo) dopo 4 mesi di impianto (n = 3). f Forza di contrazione massima relativa (MCF) in cinque gruppi di impianto (controllo negativo, senza cellule, gruppi MDSC, vettori e mHIF-1α) rispetto a quello nel gruppo di controllo positivo (MCF medio è definito come 1) dopo 4 mesi di impianto (n = 3). (Test comparativo multiplo di Sidak, ANOVA a due vie, *** p = 0.0004; **** p <0.0001). I dati vengono visualizzati come media ± SD e analizzati dal software GraphPad Prism.

I punti del tempo di nascita e il numero di conigli neonati dopo diversi trattamenti nei cinque diversi gruppi. una linea temporale delle fasi sperimentali nella valutazione dell’accoppiamento. Le frecce indicano i punti del tempo di nascita dei conigli neonati nel gruppo vettoriale (frecce blu) e nel gruppo mHIF-1α (frecce rosse). CC, corpus cavernosa. b I coniglietti sono nati in una gabbia del gruppo mHIF-1α entro 2 mesi dalla valutazione dell’accoppiamento. c Il numero di conigli neonati in ciascun gruppo entro 4 mesi dal test di valutazione dell’accoppiamento (n = 5).

“Il nostro lavoro rappresenta un passo significativo verso lo sviluppo di corpora vascolarizzati bioingegnerizzati. È il primo rapporto sugli scaffold bioingegnerizzati stampati in 3D per riparare con successo i difetti e ripristinare la funzione erettile ed eiaculazione, consentendo ai conigli di recuperare la loro capacità riproduttiva. La nostra strategia per riparare il tessuto cavernoso ha un valore eccezionale nell’accelerare la ricostruzione delle strutture sinusoidali. Oltre a riparare i difetti del tessuto cavernoso, questi scaffold stampati in 3D hanno il potenziale per riparare altri tessuti vascolarizzati, come pelle, tessuto nasale e tessuto miocardico. “

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