DEVELOPMENT AND CHARACTERIZATION OF A NEUROMUSCULAR IN VITRO MODEL DERIVED FROM HUMAN PLURIPOTENT STEM CELLS

To develop a relevant in vitro model of human skeletal muscle capable of reproducing patient-specific variability, human induced pluripotent stem cells can be used. Here we firstly study how the surface topography could influence human induced pluripotent stem cells neuromuscular differentiation in order to develop an in vitro model of a common neuromuscular disorder, such as the Duchenne muscular dystrophy and compare it with a healthy in vitro neuromuscular model. Overall, our results showed that surface micropatterning holds a great potential in promoting cells differentiation toward myogenic and neuronal lineage, their maturation, as well as their functionality. Important phenotypical and physiological differences were highlighted between the healthy and diseased neuromuscular in vitro models, and with our models, we were able to mimic and observe common Duchenne muscular dystrophy phenotypes. Subsequently we tried to study if axial cyclic stretch could possibly promote human induced pluripotent stem cells neuromuscular differentiation, however, the outcome of our study suggested that further adjustments to the protocol and equipment should be made to develop a relevant in vitro neuromuscular model.

Per sviluppare un modello di muscolo scheletrico umano in vitro, in grado di riprodurre la variabilità paziente-specifica, le cellule staminali umane pluripotenti indotte sono una interessante opzione. In primo luogo, lo studio si è focalizzato su come la topografia di superficie possa influenzare il differenziamento neuromuscolare delle cellule staminali umane pluripotenti indotte al fine di sviluppare un modello in vitro di un comune disturbo neuromuscolare, come la distrofia muscolare di Duchenne e confrontarlo con un modello in vitro di tessuto neuromuscolare sano. Nel complesso, i nostri risultati hanno mostrato come il micropatterning di superficie abbia un grande potenziale nel promuovere il differenziamento in cellule miogeniche e neuronali, la loro maturazione e la loro funzionalità. Importanti differenze fenotipiche e fisiologiche sono state evidenziate tra i modelli neuromuscolari in vitro sani e distrofici, e con i nostri modelli siamo riusciti a ricreare ed osservare fenotipi comunemente associati alla distrofia muscolare di Duchenne. Successivamente ci siamo focalizzati nello studiare se uno stretching assiale di tipo ciclico potesse eventualmente promuovere il differenziamento neuromuscolare delle cellule staminali umane pluripotenti indotte, tuttavia, i risultati del nostro studio hanno suggerito che ulteriori adeguamenti al protocollo e alle apparecchiature in uso dovrebbero essere apportati per sviluppare un modello neuromuscolare in vitro.