4a Ingegneria tissutale: pelle ingegnerizzata_ generalita' della pelle e tecniche per la creazione della pelle ingegnerizzata

Ingegneria tissutale

Con il termine di ingegneria tissutale si fa riferimento all’insieme di quelle tecniche che permettono di costruire in vitro un tessuto che può essere poi impiantato in un individuo nel punto in cui presenta un danno tissutale determinando, quindi, la riparazione del danno stesso. Al fine di creare un tessuto ingegnerizzato bisogna creare una matrice extracellulare artificiale sulla quale vengono fatte crescere le cellule. Questa matrice artificiale prende il nome di scaffold.

La matrice può essere impiantata priva di cellule a livello del tessuto; le cellule vengono seminate successivamente sullo scaffold. Oppure lo scaffold può essere posto in coltura e su di esso vengono seminate le cellule prelevate dal paziente stesso e fatte crescere in coltura all'interno di bioreattori che provvedono a trasportare i nutrienti in tutte le parti dello scaffold e, quindi, a tutte le cellule che gradualmente hanno occupato tutta la superficie dello scaffold a disposizione.

Lo scaffold potrebbe essere impiantato senza cellule al fine di supportare la rigenerazione tissutale in sito. Lo scaffold può essere composto da materiali naturali, come collagene, fibroina e alginato; oppure può essere composto da materiali sintetici, quali acido polilattico e acido poliglicolico. I materiali naturali per la costruzione dello scaffold possono derivare da animali o da esseri umani ma hanno lo svantaggio di presentare una spiccata immunogenicità, cioè causano una risposta immunitaria da parte dell’ospite trapiantato con il tessuto ingegnerizzato. L’immunogenicità è, invece, controllata nel caso in cui lo scaffold venga composto da materiali sintetici.

In generale, lo scaffold, oltre ad avere una giusta architettura tridimensionale, deve presentare delle specifiche caratteristiche: innanzitutto deve essere costituito da pori che permettono di creare una matrice tridimensionale, in cui le cellule possono crescere all’interno di ogni punto della matrice stessa. I pori permettono anche una più efficiente diffusione dei nutrienti a tutte le cellule seminate sullo scaffold.

Inoltre, è molto importante controllare la degradazione dello scaffold: una volta che esso è stato impiantato, dopo un certo periodo, dovrà degradarsi. È bene che la degradazione avvenga in tempi in cui le cellule sono in grado di produrre autonomamente la propria matrice extracellulare. Durante la degradazione potrebbero liberarsi delle sostanze acide che determinano l’insorgenza di una importante infiammazione. Per evitare fenomeni di questo tipo è bene aggiungere allo scaffold elementi come calcio fosfati, idrossiapatite, e sali basici che tamponano l’azione degli elementi acidi di degradazione. Lo scaffold, inoltre, deve essere costruito con materiali che non siano tossici.

Pelle ingegnerizzata

Un esempio di tessuto ingegnerizzato è la pelle (o cute). La cute costituisce un rivestimento continuo dell’organismo per proteggere e separare gli organi e i tessuti dal mondo esterno. Ha uno spessore variabile da 1 a 3 mm ed è costituita da due strati principali: l’epidermide ed il derma.

L’epidermide è un epitelio squamoso pluristratificato in continuo rinnovamento. Questo strato giace su una lamina basale (costituita da sottili fibrille), a sua volta sormontata da uno strato germinativo, formato da cellule cuboidali o colonnari che si riproducono continuamente per mitosi. Queste sono cellule parzialmente indifferenziate: in pratica sono cellule staminali adulte che riproducendosi danno vita ad altre cellule indifferenziate dello strato germinativo e a cellule che avviano un programma di differenziamento, fino a divenire cellule dell’epidermide. Le cellule staminali dell’epidermide sono più specificamente chiamate oloclone. L’oloclone possiede il più alto potenziale proliferativo ed è in grado di generare completamente l’epitelio quando trapiantato in pazienti con danni e difetti estesi.

Durante il normale turnover dell’epidermide, gli olocloni entrano nel programma differenziativo, perdono la loro capacità proliferativa passando dapprima per lo stadio più differenziato di meroclone, poi passando allo stadio di paraclone e infine allo stadio di cheratinocita, che è la vera cellula dell’epidermide. Salendo dallo strato germinativo verso l’esterno dell’epidermide si riscontrano vari strati di cellule dell’epidermide che si trovano in stadi di differenziamento diversi e hanno un contenuto di cheratina via via crescente. Le cellule che muoiono e si trovano sulla superficie più esterna dell’epidermide, sono piene di cheratina (una proteina insolubile in acqua). Queste cellule formano il cosiddetto strato corneo. L’epidermide non contiene vasi sanguigni. Pertanto le cellule dell’epidermide ricevono sostanze nutritive dalla zona sottostante all’epidermide stessa per semplice diffusione.

Cellule molto importanti che costituiscono l’epidermide sono le cellule di Merkel, che sono in contatto con terminazioni nervose e all’occorrenza scatenano un segnale elettrico che sarà elaborato come segnale tattile; le cellule di Langherans, che svolgono funzione di difesa inglobando sostanze estranee e germi; i melanociti, che posizionate a livello dello strato basale (o germinativo), contengono dei granuli chiamati melanosomi, i quali contengono melanina grazie alla quale svolgono una funzione di difesa nei confronti delle radiazioni solari.

Al di sotto dell’epidermide è posizionato il derma, che funge da ammortizzatore per i traumi meccanici della pelle. Il derma contiene vasi sanguigni, linfatici, ghiandole sebacee, sudoripare e follicoli piliferi. Il derma si suddivide in due strati: quello più esterno, adiacente all’epidermide, è detto strato papillare (o strato lasso); quello più profondo e più spesso è chiamato strato reticolare (o strato compatto). Il primo strato è composto da fibre collagene disposte irregolarmente; nel secondo, le stesse fibre sono più ordinate e impacchettate. Le fibre collagene del derma sono accompagnate da elastina e da altre proteine della matrice, glicosaminoglicani e fibroblasti (responsabili della produzione degli elementi della matrice extracellulare). Quindi il derma è composto prevalentemente da matrice extracellulare. Al di sotto del derma si estende, invece, il tessuto adiposo.

Tra l’epidermide e il derma si possono osservare delle protuberanze (dette papille) che dal derma si estendono verso l’epidermide rafforzando l’adesione tra i due strati. Tra due papille successive si forma uno spazio che viene occupato da una delle protuberanze che si dipartono dallo strato basale e che prendono il nome di creste epidermiche. Quindi, non dobbiamo pensare allo strato germinativo dell’epidermide come se fosse disposto su un piano, ma dobbiamo pensarlo come se fosse ondulato.

Funzioni dell'epidermide

• Agisce come barriera protettiva nei confronti dell’ambiente esterno, impedendo ai microrganismi di invadere l’organismo e facendo da schermo alle radiazioni ionizzanti.
• Mantiene l’equilibrio idrico, ad esempio con la sudorazione favorendo anche la fuoriuscita di materiali di scarto.
• Partecipa alla regolazione della temperatura corporea grazie ai vasi che si trovano nel derma (i capillari): quando fa caldo essi si dilatano in modo tale che il sangue si possa raffreddare, mentre quando è freddo si verifica una vasocostrizione periferica, che consente al sangue di essere mantenuto maggiormente all’interno del corpo, in modo da irrorare gli organi interni.

Una delle più frequenti cause di danneggiamento esteso della cute è costituita dalle grandi ustioni, anche se nei paesi moderni questi eventi sono numericamente limitati. In questi paesi sono in cont...