4b Ingegneria vascolare: generalità dei vasi sanguigni e tecniche per la riparazione dei vasi danneggiati

Capillari

I capillari sono dei piccoli vasi dotati di pareti estremamente sottili che permettono il continuo passaggio, in ambedue le direzioni, di gas, nutrienti e metaboliti. Affinché tali scambi possano avvenire è importante che il torrente ematico li percorra a bassa velocità e che la sua pressione si mantenga entro range piuttosto stretti. Una delle caratteristiche fondamentali dei capillari è rappresentata dal diametro ridotto (dai 5 ai 10 micrometri; ci sono anche capillari con un diametro che raggiunge i 30 micrometri) sufficiente per il passaggio dei globuli rossi uno alla volta in fila indiana. Differentemente dalle vene e dalle arterie, le pareti dei capillari non sono costituite da tre tonache, ma da solo uno strato di cellule endoteliali appiattite (tranne che nella parte centrale dove è presente il nucleo) che poggia su una membrana basale disposta superiormente all'endotelio; la parete capillare è, quindi, priva di fibre muscolari, elastiche.

E fibrose. Questa peculiarità morfologica ha lo scopo di facilitare lo scambio di sostanze con il liquido interstiziale. D'altra parte, molti capillari sono associati a cellule, dette periciti, che regolano la permeabilità dell'endotelio, opponendosi a tali passaggi; tanto maggiore è il numero di periciti e tanto minore è la permeabilità capillare. I periciti determinano opposizione al passaggio di sostanze attraverso le pareti capillari provocando contrazione delle pareti stesse. Non a caso, dunque, i periciti sono particolarmente abbondanti a livello del sistema nervoso centrale, dove concorrono alla formazione della barriera ematoencefalica.

Arterie e vene possiedono una parete più spessa di quella dei capillari. Dall'ume del vaso verso l'esterno si riconoscono:

1. Tonaca intima: è costituita da un monostrato di cellule endoteliali che sono in contatto diretto con il sangue; da una sottile membrana basale arricchita

La parete dei vasi sanguigni è costituita da tre strati principali:

1. Tonaca intima: è lo strato più interno ed è composto da un singolo strato di cellule endoteliali che rivestono il lume del vaso. Questo strato è supportato da una membrana basale di collagene di tipo IV alla quale è ancorato l'endotelio. Sotto l'endotelio si trova uno strato sub-endoteliale, chiamato lamina propria, costituito da fibre di collagene (principalmente di tipo I e di tipo III), fibre elastiche e sostanza fondamentale, che è una sostanza gelatinosa composta da acido ialuronico, proteoglicani e glicoproteine.
2. Tonaca media: è uno strato di tessuto connettivo che contiene collagene di tipo I e III, proteine varie e proteoglicani, oltre a tessuto muscolare liscio con una speciale funzione contrattile. Nelle arterie, la tonaca media presenta un'elevata percentuale di fibre elastiche, che sono invece assenti nella parete delle vene. La tonaca media è separata dalla tonaca intima dalla membrana elastica interna, che è un sottile strato di fibre elastiche con delle fenestrature che consentono una più facile diffusione delle sostanze nutritive dal lume alla media. La tonaca media delle vene è più sottile rispetto a quella delle arterie.
3. Tonaca avventizia: è lo strato più esterno e è costituito da tessuto connettivo che contiene collagene di tipo I e III, proteine varie e proteoglicani. Questo strato fornisce supporto e protezione al vaso sanguigno.

come un sistema di chiusura a una via, permettendo al sangue di fluire solo in direzione del cuore e prevenendo il reflusso. Le vene sono anche dotate di muscolatura liscia nella loro parete, che aiuta a spingere il sangue verso il cuore durante la contrazione muscolare.come i battenti di una porta: quando il sangue viene spinto verso il cuore, le valvole sono schiacciate contro la parete venosa, lasciando libero il passaggio; al contrario, se il flusso ematico tende a retrocedere le valvole si gonfiano, addossandosi e chiudendo la vena. Dal punto di vista funzionale le vene si suddividono in vene di ricezione (di grosso calibro, elastiche e fungono da serbatoio di sangue) e vene di propulsione (riportano il sangue al cuore e sono generalmente di medio calibro). QUANDO RICORRERE AI VASI SANGUIGNI INGEGNERIZZATI? Si ricorre all'ingegneria tissutale vasale quando i vasi sanguigni vengono interessati da difetti che alterano il normale flusso sanguigno, come, ad esempio, nel caso dell'arteriosclerosi: con questo termine si identificano tutte le forme di indurimento, ispessimento e perdita di elasticità della parete delle arterie di piccolo calibro. L'ispessimento delle pareti di queste arterie è dovuta a una proliferazione anomala.

Di alcune cellule della tonaca intima e della tonaca media. L'ispessimento della parete causa il restringimento del lume arteriolare. Bisogna fare attenzione a non confondere il termine arteriosclerosi con il termine aterosclerosi, che indica la formazione di placche di materiale lipidico, proteico e fibroso nelle arterie muscolari di grande calibro e medio calibro (coronarie, carotidi e femorali) e in quelle elastiche come l'aorta o l'arteria polmonare. Anche in questo caso si ha restringimento del lume delle arterie. In entrambi i casi, quindi, il restringimento del lume provoca un'alterazione della normale circolazione sanguigna e i tessuti che dovrebbero essere irrorati da queste vasi vanno incontro a un fenomeno che prende il nome di ipossia (assenza di ossigeno). Se il tessuto interessato è quello cardiaco, si verificherà l'infarto del miocardio; oppure nel caso in cui il tessuto interessato fosse quello cerebrale, si verificherebbe l'ictus.

Queste occlusioni possono portare anche a rottura dei vasi. Anche la perdita di elasticità da parte dei vasi, come nel caso dell'aorta, può determinare rottura dei vasi con conseguente emorragie anche fatali. La rottura dei vasi causati da perdita di elasticità è una condizione che prende il nome di aneurisma. I vasi sanguigni potrebbero anche essere coinvolti in trasformazioni neoplastiche. In seguito all'asportazione del tumore, potrebbe quindi risultare necessario asportare anche i vasi sanguigni che, affetti dal tumore, smettono di funzionare correttamente. Questi sono in genere i motivi principali per cui si ricorre all'ingegneria tissutale vasale. In passato, i vasi danneggiati venivano sostituiti con semplici tubicini in gomma; si è poi passati a materiali come il gorotex (che è un materiale sintetico più flessibile e resistente), che però è applicabile solamente a vene o arterie di grosso calibro ed inoltre.

Il suo utilizzo potrebbe causare infezioni. Lo studio di materiali sintetici atti allafabbricazione di vasi artificiali è in corso ormai da cinquant'anni. I principali materialisintetici utilizzati per realizzare protesi vascolari sono il polietilene tereftalato(PET), comunemente noto come Dacron, e il politetrafluoroetilene espanso(ePTFE), comunemente noto come GoreTex. Se si utilizzano materiali sintetici per lacostituzione di vasi con un diametro di 5 mm è molto probabile che avvengano eventidi coagulazione indesiderati. In generale, l'uso di protesi artificiali espone il paziente alrischio di complicanze trombotiche e al rischio che si sviluppi una iperplasianeointimale. A distanza di 1-2 anni dall'impianto, il 50% delle protesi va incontro adocclusione, tanto più velocemente quanto minore è il diametro. La ricerca è stataquindi indirizzata a materiali inerti che interagiscano in modo minimo con i tessuti, inparticolare con il sangue.

Il modello più usato nell'ingegneria tissutale (come descritto anche per la pelle ingegnerizzata) consiste nell'uso di un polimero sintetico seminato insieme alle cellule, che funge da scaffol degradabile. Il polimero fornisce il supporto meccanico iniziale per il tessuto ingegnerizzato e, man mano che esso degrada, è rimpiazzato da una matrice proteica scelta dalle cellule. Non è ancora chiaro se questo sia il modello più adatto per i vasi sanguigni. Le maggiori difficoltà si riscontrano quando si deve rimarginare il danno di vasi con un diametro minore ai 6mm. Per sostituire questi vasi, si potrebbero prelevare dei vasi da altri distretti anatomici. L'indisponibilità di vasi autologhi da utilizzare come protesi in chirurgia vascolare ha reso necessario l'utilizzo di vasi artificiali che purtroppo, allo stato attuale, non garantiscono lo stesso livello di prestazioni e hanno un tasso di fallimento ancora abbastanza elevato dovuto

principalmente alla mancata crescita di cellule endoteliali all'interno del vaso artificiale. Il limite principale è rappresentato proprio dalla scarsa proliferazione delle cellule differenziate, quali sono le cellule endoteliali autologhe, seminate su uno scaffold. Quindi queste cellule sono poco adatte per la rigenerazione di tessuti. Al fine di ricavarne un numero sufficiente, inoltre, è necessario prelevare una porzione consistente di tessuto vascolare autologo. Al fine di aumentare il potenziale proliferativo delle cellule differenziate sono stati fatti tentativi modificando geneticamente le cellule. Nonostante i risultati incoraggianti ottenuti mediante la trasfezione di cellule vascolari con il gene hTERT, che codifica per la porzione catalitica dell'enzima telomerasi che ha il compito di allungare le estremità del DNA al fine di evitare un accorciamento precoce di queste estremità, evitando di conseguenza un invecchiamento precoce, rimangonoperivascolari, le cellule staminali mesenchimali e le cellule staminali ematopoietiche. Queste cellule possono essere isolate da diversi tessuti, come il midollo osseo, il tessuto adiposo e il sangue periferico. L'ingegneria del tessuto vascolare utilizzando cellule staminali offre diverse possibilità terapeutiche, come la rigenerazione di vasi sanguigni danneggiati o la creazione di vasi sanguigni artificiali per il trapianto. Tuttavia, anche in questo caso sono necessari ulteriori studi per valutare la sicurezza e l'efficacia di queste terapie. In conclusione, l'approccio della terapia genica per la rigenerazione del tessuto vascolare presenta ancora delle perplessità sulla sicurezza e richiede ulteriori studi a lungo termine. Le cellule staminali, sia embrionali che adulte, rappresentano una possibile alternativa, ma anche in questo caso sono necessari ulteriori studi per valutare la loro efficacia e sicurezza.

progenitricidell’endotelio (EPC) e le cellule mesenchimali del midollo osseo (MSC).