"CREAZIONE E SVILUPPO DI JANUS MICROGEL PER LA RIGENERAZIONE DEL MICROTESSUTO MUSCOLOSCHELETRICO"

Bone fractures, osteoarthritis, tendinitis, and rheumatoid arthritis are some of the most debilitating musculoskeletal conditions, which can originate from trauma or degenerative diseases and can affect the patient's physical well-being. Despite the body's natural ability to heal minor injuries, many musculoskeletal tissues lack the capacity to self-heal when addressed with critical-sized defects. Traditionally, autografts, allografts, and xenografts have been extensively employed as approaches for addressing musculoskeletal injuries. However, there are several drawbacks, including shortage in graft availability, immune rejection or formation of tissue with different physical or functional properties than before the injury. Tissue engineering and regenerative medicine bridge the existing gaps and address musculoskeletal diseases by engineering bone, cartilage, tendon and ligament tissues through the combination of biomaterials, cells and/or growth factors. Specifically, in recent years, there has been a growing interest in the field of microtissue engineering, which emerges as a promising method to construct complex musculoskeletal tissue including those with an intricate composition, such as the enthesis. The enthesis, which serves as a pivotal junction between hard and soft tissues in the musculoskeletal system, exhibits limited regenerative capabilities. Due to its importance in load bearing and movement together with its complex architecture, engineering this tissue represents a challenge. Janus materials with diverse compositions and physiochemical properties might show attractive potential for enthesis regeneration, mimicking such natural soft/stiff composition and structure. In this study, the film printing method is used for the fabrication of Janus gelatin-gelatin/nHA microgels. TGF-β3, an established tenogenic factor, is loaded into the soft side (gelatin) of the particles, while the osteogenic factor BMP-2 is loaded into the stiff side (gelatin/nHA). The microparticles were characterized by fluorescence microscopy and SEM. Cell-material aggregates were formed by seeding hMSCs and Janus microparticles in microwells and the expression of tenogenic, osteogenic and enthesis-related markers were evaluated at both the gene and protein levels. Our study demonstrated the potential for developing complex microtissue junctions that mimic enthesis.

Le fratture ossee, l'osteoartrite, la tendinite e l'artrite reumatoide sono alcune delle condizioni muscoloscheletriche più debilitanti che possono derivare da traumi o malattie degenerative e possono influire sul benessere fisico del paziente. Nonostante la naturale capacità del corpo di guarire le lesioni minori, molti tessuti muscoloscheletrici non riescono ad auto-ripararsi quando si tratta di difetti di dimensioni critiche. Tradizionalmente, autoinnesti, alloinnesti e xenoinnesti sono stati ampiamente impiegati per trattare lesioni muscoloscheletriche. Tuttavia, questi approcci presentano diversi svantaggi, tra cui la scarsità di disponibilità di tessuti, il rischio di rigetto immunitario o la formazione di tessuti con proprietà fisiche o funzionali differenti rispetto a quelle preesistenti all'infortunio. L'ingegneria tissutale e la medicina rigenerativa colmano le lacune esistenti e affrontano le malattie muscoloscheletriche attraverso l'ingegnerizzazione di tessuti ossei, cartilaginei, tendinei e legamentosi mediante la combinazione di biomateriali, cellule e/o fattori di crescita. In particolare, negli ultimi anni, è cresciuto l'interesse nel campo dell'ingegneria microtissutale, che si sta rivelando un metodo promettente per la costruzione di tessuti muscoloscheletrici complessi, inclusi quelli con una composizione intricata, come l'entesi. L'entesi, che funge da giunzione tra i tessuti duri e molli del sistema muscoloscheletrico, presenta capacità rigenerative limitate. Data la su importanza nel supportare il carico e il movimento, ingegnerizzare questo complesso tessuto rappresenta una vera e propria sfida. I materiali Janus, caratterizzati da composizioni e proprietà fisico-chimiche diverse, emergono come una promettente soluzione per la rigenerazione dell'entesi poiché possono imitarne la naturale struttura morbida/rigida. In questo studio, il metodo di stampa su film viene utilizzato per la fabbricazione di Janus gelatina-gelatina/nHA microgels. TGF-β3, un noto fattore tenogenico, è caricato nel lato morbido (gelatina) delle particelle, mentre il fattore osteogenico BMP-2 è caricato nel lato rigido (gelatina/nHA). Le microparticelle sono state caratterizzate tramite microscopia a fluorescenza e SEM. Aggregati cellula-materiale sono stati formati seminando hMSC e microparticelle Janus in micropozzi e l'espressione di marcatori tenogenici, osteogenici e correlati all'entesi è stata valutata sia a livello genico che proteico. Questa tesi dimostra l’applicabilità dei microgels per supportare lo sviluppo di microtessuti con un’organizzazione simile a quella del’entesi.