Development of a 3D skin model based on biocompatible polymeric hydrogel scaffold engineered with human mesenchymal stem cells, with or without fibroblast, keratinocytes and lymphocytes for healing of skin wounds (SKINFOLD)

Titolo: Development of a 3D skin model based on biocompatible polymeric hydrogel scaffold engineered with human mesenchymal stem cells, with or without fibroblast, keratinocytes and lymphocytes for healing of skin wounds (SKINFOLD)

Sintesi del progetto:

Il Progetto di Ricerca “SKINFOLD” ha inizio nel 2016 quando viene cofinanziato dall’Università di Brescia con il bando del Progetto di Ateneo “Heath & Wealth”.

 

Nel corso dei 3 anni (2016- 2019), si costituisce un Gruppo di Ricerca multidisciplinare e internazionale che porta avanti un progetto pre-clinico sulla messa a punto di un Biomedical Device per la terapia rigenerativa tissutale ( cute-osso-cartilagine).

 

Presso il Laboratorio dell’Unità di Ricerca della Prof.ssa Luciana Sartore  (DPT di Ingegneria Meccanica e Industriale, Facoltà di Ingegneria, Università di Brescia), vengono sviluppati degli scaffolds (ovvero materiali di supporto), Hydrogels, biocompatibili e bioriassorbibili.

Questi scaffolds i nuova sintesi risultano costituiti da (G), polyethylene glycol (PEG) e chitosano (CH) (G-CH hybrid Hydrogels) e presso il Laboratorio dell’Unità di Ricerca del Prof. Domenico Russo (DPT di Scienze Cliniche e Sperimentali, Facoltà di Medicina e Chirurgia, Università di Brescia; Unità di Malattie del Sangue e Trapianto di Midollo Osseo per Adulti, Centro di Ricerca Emato-Oncologica AIL (CREA), ASST Spedali Civili Brescia),  questi scaffolds vengono ingegnerizzati con cellule staminali mesenchimali umane (hMSC) di midollo osseo (BM) e/o di tessuto adiposo (AT), capaci di proliferare e differenziare in senso osteogenico e condrogenico, in presenza di lisato piastrinico umano (HPL).

In questa prima fase, si osserva come le cellule staminali mesenchimali umane seminate in questi scaffolds, non solo siano in grado di proliferare, abitando gli scaffolds a tutto spessore, ma anche di differenziare spontaneamente in senso osteogenico, ovvero in una cellula (osteocita) in grado di poter riformare matrice ossea.

A questa fase, collaborano i Gruppi di ricerca del Prof Luigi Rodella (Fac. Medicina), per l’analisi dei materiali ingegnerizzati, del Prof Sardini (Fac.Ingegneria), per la sensorizzazione degli scaffolds, e il Dott. Camillo Almici (Laboratorio di Laboratorio di Criopreservazione e Manipolazione di Cellule Staminali degli Spedali Civili di Brescia), per la produzione del Lisato Piastrinico utilizzato per la metodica di coltura delle cellule staminali.

 

In considerazione di questi risultati, la ricerca viene proseguita dalla Dott.ssa Federica Re, Dottoranda in Technology for Health e collaboratrice del Prof Russo, presso il Laboratorio di Ingegneria Biomedica dell’Università di Glasgow diretto dal Prof. Manuel Salmeron-Sanchez, dove la bioingenerizzazione sviluppata a Brescia, viene ulteriormente sviluppata e perfezionata. I risultati mostrano chiaramente come le cellule mesenchimali si differenziano in osteociti formando nuova matrice ossea ed  risultati vengono pubblicati sul numero di Maggio 2019 della Rivista Scientifica: Journal of Tissue Engineering.

 

Il progetto viene a questo punto discusso e valutato per le possibili ricadute cliniche con il Prof Pierangelo Guizzi, Direttore del DPT di Ortopedia degli Spedali Civili di Brescia, e si decide di investigare le potenzialità del modello 3D messo a punto, anche dal punto di vista condrogenico, ovvero, per le sue potenzialità di riparare danni e lesioni delle cartilagini articolari

 

Viene quindi attivata una importante collaborazione scientifica con la Dott.ssa Gina Lisignoli e la Prof.ssa Erminia Mariani del Laboratorio di Immunoreumatologia e Rigenerazione Tissutale dell’Istituto Ortopedico Rizzoli, con l’obiettivo di valutare le proprietà e le potenzialità del modello sviluppato per la rigenerazione ossea, anche per la rigenerazione di cartilagine.

I risultati sono altrettanto positivi ed entusiasmanti.

Questi vengono pubblicati nel numero di Luglio 2019 su Journal of Tissue Engineering and Regenerative Medicine, e si mette a punto un programma di ricerca per lo sviluppo di una vera e propria cartilagine artificiale attraverso una metodica di coltura dinamica che utilizza un Sistema di Bioreattori per mantenere la vitalità della nuova cartilagine generata in laboratorio.

Questa parte del progetto è iniziata ed in corso.

 

Per poter acquisire i dati strutturali e funzionali sui processi di rigenerazione viene attivata la collaborazione con il Laboratorio di Proteomica Clinica e Metabolomica dell’Università degli Studi di Milano Bicocca, diretto dal Prof Fulvio Magni.  Attraverso l’utilizzo di una tecnica avanzata di Spettrometria di Massa Imaging si rende quindi possibile la ricostruzione tridimensionale degli scaffolds, ottenendo l’immagine spaziale e funzionale delle cellule mesenchimali che differenziano in osso e cartilagine.

 

E’ necessario, a questo punto, lo sviluppo della ricerca nel modello animale per validare i risultati di laboratorio.

Grazie alla collaborazione del Gruppo di Ricerca del Prof Nicolai (Fac.Medicina) e in previsione di un impiego di questi materiali bioingegnerizzati, non solo in ambito ortopedico, ma anche in ambito chirurgico ORL, viene attivata una collaborazione con la University Health Network di Toronto. Due collaboratori del Prof Nicolai, il Dott. Marco Ferrari e il Dott Stefano Taboni, si trasferiscono presso i Laboratori del Prof. Ralph Gilbert, del Dr. Jonathan Irish e del Dr. Sowmya Viswanathan, per la sperimentazione sul coniglio.

Il progetto originario “Skinfold” co-finanziato dal Programma di Ricerca UniBS Health & Wealth per il significativo sviluppo avuto riceve un importante finanziamento aggiuntivo da Fondazione della Comunità della Comunità Bresciana ( includente inoltre i seguenti Fondi Privati: Fondo Genesi; Fondo Moretti; Fondo Ambrosi; Fondo Bertola) e Fondo Guizzi c/o Fondazione Le Rondini Lumezzane.   

La sperimentazione è in corso e I risultati preliminari sono a dir poco entusiasmanti. I materiali ingegnerizzati, infatti, riproducono nuovo osso laddove chirurgicamente questo è stato asportato.

Oltre al completamento della fase di produzione della cartilagine artificiale e della sperimentazione sull’animale, si stanno completando i processi di ottimizzazione e di standardizzazione dei materiali e delle metodiche, per poi fare il passaggio finale successivo, ovvero, portare la sperimentazione in clinica sull’uomo.

 

 

Centri di Ricerca Partecipanti:

 

  • Laboratorio Medicina Rigenerativa CREA (Centro di Ricerca-AIL Brescia), Unità di Ricerca del Prof. Domenico Russo, Dott.ssa Federica Re, Dott.ssa Simona Bernardi, DPT di Scienze Cliniche e Sperimentali, Facoltà di Medicina e Chirurgia, Università di Brescia; Unità di Malattie del Sangue e Trapianto di Midollo Osseo per Adulti, ASST Spedali Civili Brescia

 

  • Unità di Ricerca di Ortopedia del Prof. Pierangelo Guizzi, ASST – Spedali Civili di Brescia

 

  • Laboratorio dell’Unità di Ricerca della Prof.ssa Luciana Sartore, Prof. Fabio Bignotti, Dott Kamol Dey, Dott.ssa Silvia Agnelli, DPT di Ingegneria Meccanica e Industriale, Facoltà di Ingegneria, Università di Brescia

 

  • Laboratorio di Immunoreumatologia e Rigenerazione Tissutale dell’Unità di Ricerca della Prof Gina Lisignoli, Prof Erminia Mariani, Istituto Ortopedico Rizzoli, Università di Bologna

 

  • Laboratorio dell’Unità di Ricerca di Ingegneria Biomedica dell’Università di Glasgow del Prof. Manuel Salmeron-Sanchez, Dott. Marco Cantini, Dott.ssa Vladimira Moulisova.

 

  • Laboratorio di Proteomica Clinica e Metabolomica dell’Unità di Ricerca del Prof Fulvio Magni, Dott.ssa Clizia Chinello. dell’Università degli Studi di Milano Bicocca

 

 

  • Laboratorio di Criopreservazione e Manipolazione di Cellule Staminali dell’Unità di Ricerca del Dott. Camillo Almici, Dott. Andrea Bianchetti, DPT di Medicina del Laboratori, ASST Spedali Civili di Brescia

 

  • Laboratorio dell’Unità di Ricerca del Prof. Emilio Sardini, Prof. Nicola Lopomo, DPT di Ingegneria dell’Informazione, Facoltà di Ingegneria, Università di Brescia

 

  • Laboratorio dell’Unità di Ricerca del Prof. Luigi Rodella, Prof Elisa Borsani, DPT di Scienze Cliniche e Sperimentali, Facoltà di Medicina, Università di Brescia

 

 

  • Unità di Ricerca di Otorinolaringoiatria del Prof. Piero Nicolai, Dott. Marco Ferrari, Dott. Davide Mattavelli, Dott. Stefano Taboni, Dott Tommaso Gualtieri, DPT di Specialità Medico-Chirurgiche, Facoltà di Medicina, Università di Brescia

 

  • Unità di Ricerca di Neurochirurgia del Prof Francesco Doglietto, DPT di Specialità Medico-Chirurgiche, Facoltà di Medicina, Università di Brescia

 

  • Laboratori dell’Unità di Ricerca del Prof. Ralph Gilbert, del Dr. Jonathan Irish e del Dr. Sowmya Viswanathan, della University Health Network di Toronto con la collaborazione

 

  • Unità di Ricerca della Clinica Odontoiatrica del Prof Corrado Paganelli, Dott Fabio Savoldi DPT di Specialità Medico-Chirurgiche, Facoltà di Medicina, Università di Brescia

 

Coordinatore del Progetto: Prof. Domenico Russo

domenico.russo@unibs.it

Dipartimento di Scienze Cliniche e Sperimentali

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