Un rivestimento dendrimerico innovativo per superfici implantari aumenta il differenziamento cellulare e stimola l'attivazione della via canonica di Wnt

Le strategie attuali per migliorare il successo clinico di impianti endo-ossei mirano a promuovere la guarigione e la formazione di tessuto osseo attorno agli impianti e quindi l’osteointegrazione. Per arrivare a questi obiettivi la ricerca si sta indirrizzando nella progettazione di superfici biomimetiche. L’idea nasce dal tentativo di replicare i stimoli biochimici che guidano le funzioni degli osteoblasti, mimando le composizioni strutturali e biochimiche dei tessuti biologici. Gli impianti endo-ossei, pero, devono severamente rispondere a dei requisiti meccanici in quanto la loro funzione impone di possedere proprieta meccaniche tali da sostenere le forze applicate nella sede d’impianto. Per migliare quindi la risposta biologica nella fase post-chirugica la ricerca si e mossa nella progettazione di rivestimenti superficiali implantari che possano condurre verso l’osteointegrazione. I polimeri ,grazie alla loro versatilita, risultano essere delle molecole promettenti per l’ideazione di tali rivestimenti. I dendrimeri sono polimeri ramificati che formano strutture 3D ben organizzate partendo da vari monomeri. La loro struttura puo essere disegnata finemente cambiando la composizione monomerica, creando cosi polimeri con proprieta chimico-fisiche e comportamenti biologici diversi. La loro plasticita le rende ideali per i bisogni della bioingegneria in quanto possono agire come un substratto abile a provedere ad un ancoraggio effettivo alle cellule comportandosi cosi come matrice extracellulare artificiale. La matrice extracellulare gioca un ruolo importante nello scambio di ossigeno e nutrimenti tra cellule e funge, inoltre, da reservoir per i fattori di crescita che possono essere rilasciati lentamente alle cellule circostatnti. Lo scopo di questo studio in vitro era quello di indagare il comportamento delle linee cellulari murine e cellule primarie stromali murine quando seminate su superfici di titanio diverse in presenza o assenza di rivestimenti innovativo dendrimerico di fosfo-serina/poli-lisina e osservare se quest’ultima puo influenzare positivamente la risposta cellulare. Risultati-I dendrimeri aumentano la proliferazione e adesione delle cellule MC3T3 nelle prime ore dopo la semina. Le cellule murine osteoblastiche MC3T3 sono state seminate su dischetti con superficie liscia (Polished), sand-blasted/acid atched (SAE) con e senza rivestimento e tenute in coltura in presenza di acido ascorbico per 6giorni. L’adesione cellulare, misurata mediante saggio MTT viene stimolata nelle superfici SAE+Co rispetto agli altri gruppi testati a 48 ore dalla semina. I dendrimeri aiutano il differenziamento delle linee cellulari osteoblasastiche murine. Per valutare gli effetti di questo rivestimento innovativo abbiamo scelto le cellule MC3T3-E1, cellule osteoblastiche murine isolate dalla calvaria di topi C57/BL6. Al sesto giorno di coltura l’espressione della fosfatasi alcalina si presentava sulla superficie SAE e ancora di più sulla SAE +Co significativamente più alta rispetto alla superficie liscia (Polished). Successivamente abbiamo misurato l’espressione di un diverso precoce marker osteoblastico, Osterix, il quale viene espresso nella fase pre-osteoblastica. I livelli trascrizionali sono risultati significativamente più alti sui dischetti SAE e SAE+Co rispetto ai dischetti Polished a 3 giorni. Questi valori si sono abbassati su tutte le superfici al sesto giorno rimanendo comunque, seppur di poco ma statisticamente significativo, più alto sulla superficie SAE+ Co. L’espressione di Osteocalcina (OCN) ha mostrato un trend diverso, infatti abbiamo notato un aumento dei livelli di mRNA di questo gene dal giorno 3 al 6 in tutti i gruppi testati. Nessuna differenza statisticamente significativa risultava al terzo giorno, ma le superfici con topografia ruvida presentavano livelli significativamente aumentati di Osteocalcina al giorno 6, inoltre la presenza di rivestimento dendrimerico ha accentuato questo aumento. Siccome la fosfatasi alcalina è un noto gene target della via canonica di Wnt abbiamo proceduto nel controllare se questa via è influenzata dalla presenza del rivestimento dendrimerico nelle cellule MC3T3. Si è analizzato l’espressione di Wisp-2 e Osteoprotegerina, geni sotto il controllo della via canonica di Wnt sulle superfici Polished, SAE e SAE+Co e si è notato un aumento dei livelli trascrizionali di questi geni sulla superficie SAE+Co dopo 6 giorni di coltura. Inoltre, i livelli mRna di β-catenina , uno dei fattori di trascrizione richiesti per questa cascata di segnalazione assieme al TCF, si presentano più alti sulla superficie SAE+Co a 6 giorni. Per poter misurare in modo diretto l’attività trascrizionale β-catenina/TCF abbiamo scelto un saggio reporter ed eseguito il test su cellule non differenziate murine C2C12 le quali presentano un modello vastamente utilizzato per lo studio di questa via. Come si nota dai grafici abbiamo un aumento della bioluminescenza sulle superfici SAE e SAE+Co. Presi nell’insieme questi dati mostrano come il rivestimento dendrimerico aumenta l’attivazione della via di Wnt e l’espressione dei geni target in cellule mesenchimali. I dendrimeri stimolano il differenziamento in cellule murine primarie In modo da poter confermare i risultati con delle linee cellulari primarie, abbiamo seminato cellule stromali midollari ossee prelevate da topi CD1 sui dischetti di titanio in presenza di acido ascorbico. In accordo con la letteratura ,abbiamo notato con l’aumento dell’espressione di Fosfatasi Alcalina e Osteocalcina che la topografia ruvida di superficie e la presenza del rivestimenti dendrimerico inducono l’espressione fenotipica osteoblastica più differenziata Lo sviluppo della moderna medicina è imprescindibile dal contemporaneo progresso tecnologico, che le mette a disposizione conoscenze, strumenti, materiali per poter raggiungere obiettivi di volta in volta più avanzati ed ambiziosi. Nell’ambito della biomimetica, il rivestimento dendrimerico testato può risultare di grande interesse nel migliorare le carattistiche dei biomateriali e favorire all’implantologia una ulteriore spinta verso un’osteointegrazione più celere.