Tissue engineering technologies: just a quick note about transplantation of bioengineered donor trachea and augmentation cystoplasty by de novo engineered bladder tissue
Versione Italiana:
Per ingegneria dei tessuti si intende un settore scientifico multidisciplinare volto alla realizzazione in vitro di strutture biologiche di ricambio, atte a rinforzare o sostituire organi umani in precarie condizioni. Diversi tipi di materiali – quali polimeri sintetici biodegradabili (acido poliglicolico, PGA; acido polilattico, PLA; copolimero PGA-PLA), sostanze di derivazione naturale (alginato, collagene), matrici acellulari (submucosa del piccolo intestino, SIS; submucosa acellulare vescicale, ABS), o tra loro assemblati (PGL legato a collagene) – sono stati impiegati come intelaiature (scaffold) sia prive di cellule ("unseeded technique"), allo scopo di promuovere, in vivo, nell'organo in cui vengono impiantate, naturali processi rigenerativi, non sempre, però, attuantisi, sia per sviluppare, in vitro, previa semina, nella loro compagine, di cellule del potenziale ricevente (autologous cell seeded technique), un tessuto ingegnerizzato, idoneo all'impiego in chirurgia ricostruttiva. Recentemente, la trachea di donatore morto, opportunamente decellularizzata, è stata usata quale scaffold per essere seminata, in vitro, con cellule epiteliali e condrociti derivati da cellule staminali mesenchimali del ricevente, al fine di ottenere un segmento ingegnerizzato di via respiratoria tale da sostituire il grosso bronco sinistro, gravemente malacico, del ricevente. In riferimento alle applicazioni in ambito urologico, è stato coronato da successo l'impiego di una "seeded technique" (cellule autologhe seminate su scaffold composto di PGA legato a collagene) per confezionare tessuto ingegnerizzato vescicale usato nella realizzazione di cistoplastica d'ampliamento in soggetti affetti da "vescica neurologica", ormai in fase estremamente grave (livelli alti di pressione endovescicale, compliance vescicale molto ridotta). L'impiego di cellule autologhe, ottenute, mediante biopsia, dai tessuti del ricevente, evita il rischio di rigetto dopo l'impianto. Peraltro, il ricorso a cellule organo-specifiche "adulte" presenta dei limiti correlati alla loro raccolta (potenziali complicazioni associate all'invasività della biopsia) ed alle difficoltà di cultura in vitro data la loro bassa capacità proliferativa. Pertanto, sono stati presi in considerazione diversi tipi di cellule staminali, embrionali o adulte, e di cellule progenitrici, al fine di utilizzarle in ingegneria dei tessuti. Per queste tecnologie risulta indispensabile l'impiego di bioreattori, atti a riprodurre, nelle culture cellulari, le condizioni dinamiche chimico-fisiche proprie dell'ambiente tissutale naturale, ed a consentire la valutazione delle risposte delle strutture bioingegnerizzate a differenti segnali biochimici e forze meccaniche.
English version:
Tissue engineering is a multidisciplinary scientific field that aims at manufacturing in vitro biological substitutes to enhance or replace failing human organs. Various types of biodegradable synthetic polymer (polyglycolic acid, PGA; polylactic acid, PLA; polylactic-coglycolic acid), naturally-derived (alginate, collagen), acellular tissue-made up (small intestinal submucosa, SIS; acellular bladder submucosa, ABS) and composite (PGA bound to collagen) materials have been used as scaffold for either "unseeded" (cell-free) or "seeded" (autologous cells seeded onto the matrix) tissue engineering strategies. The unseeded technique is directed at promoting the in vivo tissue regenerative process, unfortunately with certain limitations, whereas the "seeded technique" aims at creating in vitro functional replacement tissues or organs. Recently, a decellularized human dead donor trachea has been used as scaffold, that was then seeded, in vitro, by recipient epithelial cells and mesenchymal stem cell-derived chondrocytes, to obtain a bioengineered airway to replace recipient's failing left main bronchus. As far as clinical applications in Urology are concerned, a cell-based approach (PGA-collagen composite scaffold seeded with autologous cells) has been achieved to successfully carry-out an augmentation cystoplasty in subjects with end-stage neuropathic high pressure/poorly compliant bladder. The use of autologous cells, wherein a specimen of tissue is harvested by biopsy from the host, avoids the risk of rejection. Nevertheless, the use of adult organ-specific cells shows many limitations, such as difficulties in their harvesting (potential complications associated with invasive biopsies) and their low proliferative ability. Therefore, various populations of either embryonic or adult stem cells and progenitor cells have been studied as useful cell sources for the tissue engineering. Bioreactors are essential in such technologies, both providing chemo-physical cell culture dynamic conditions, that mimic the in vivo environment, and allowing the assessment of responses of biological substitutes to different biochemical signals and mechanical forces.
