Sistemi a membrana dermici ed epidermici

Risultato della ricerca:

La ricerca che si intende avviare al percorso di valorizzazione riguarda la realizzazione di equivalenti di specifici strati di pelle umana bioartificiale, in particolare l’epidermide e i suoi strati, il derma e sistemi integrati dermo/epidermici, mediante l’utilizzo di membrane polimeriche e cellule umane. Sistemi modelli in vitro di pelle umana bioartificiale rappresentano importanti piattaforme per studi di assorbimento, accumulo, effetti e/o tossicità di farmaci, cosmetici e contaminanti ambientali, in fase preclinica e in maniera alternativa e/o complementare alla sperimentazione animale.

Importanti e fondamentali risultati sono stati raggiunti nello sviluppo di sistemi adoperanti membrane polimeriche naturali o sintetiche, native o modificate con immobilizzazione di biomolecole, in sistemi statici e dinamici, per la coltura, la differenziazione ed il mantenimento delle specifiche funzioni metaboliche di svariati tipi di cellule animali e/o umane, in un microambiente ben controllato, e continuamente perfuso come negli organi in vivo. Sono stati creati tessuti specifici ai quali sono stati somministrati farmaci e molecole di interesse terapeutico, e per i quali sono stati valutati gli effetti sulle funzioni cellulari, le dosi tossiche e le cinetiche di biotrasformazione.

Per l’ingegnerizzazione di costrutti epidermici, dermici e dermo/epidermici, sono stati sviluppati sistemi bioartificiali utilizzando membrane biodegradabili, cheratinociti umani e cellule mesenchimali isolate dal derma umano. Membrane polimeriche biodegradabili con velocità di degradazione programmata e con specifiche caratteristiche morfologiche, strutturali, chimico-fisiche e meccaniche inducono e modulano il differenziamento cellulare in seguito a specifiche interazioni cellula-substrato.  In particolare, i risultati ottenuti hanno dimostrato come le peculiari proprietà di membrana influenzino fortemente aspetti morfo-funzionali dei cheratinociti umani, regolando il loro differenziamento terminale con la creazione di specifici strati distinti e isolati, o con lo sviluppo di un multistrato epidermico completo.

Questo risultato risulta essere particolarmente rilevante per studi di assorbimento, accumulo e/o tossicità percutanea di farmaci, cosmetici e inquinanti ambientali in strati specifici e/o completi dell’epidermide. Inoltre, per la prima volta sono stati sviluppati dei costrutti a membrana dermici e dermo/epidermici utilizzando cellule mesenchimali staminali isolate dal derma umano. Le proprietà delle membrane polimeriche sviluppate hanno influenzato il differenziamento delle cellule mesenchimali dermiche nei costrutti dermici e dermo/epidermici. In questi ultimi, il crosstalk con cheratinociti umani ha consentito la proliferazione e il differenziamento orchestrato e controllato, limitando i fenomeni di iperproliferazione. L’impiego di membrane con specifiche velocità di degradazione rappresenta infine una strategia per il trattamento di ferite croniche o acute.

Riferimento a finanziamenti precedenti:

I risultati di ricerca sono stati oggetto di due diversi progetti finanziati, che hanno consentito di sviluppare nuove membrane biocompatibili e biodegradabili per la realizzazione di costrutti epidermici, dermici e dermo/epidermici utilizzando cellule mesenchimali staminali isolate dal derma umano:

• Progetto bilaterale CNR-PAN Italy-Polonia, tra Istituto per la Tecnologia delle Membrane del Consiglio Nazionale delle Ricerche, ITM-CNR e l’“Institute of Biocybernetic and Biomedical Enginieering, Polish Academy of Sciences”, IBBE-PAS (Prot. No.0016978 del 01/03/2010).
• Accordo di cooperazione tra il “Biotechnological Biomedical Center BBZ, Universitat Leipzig-Germany”, l’Università della Calabria e l’ITM-CNR (CUP 25E10000320002 del 10/1/2012) nell’ambito del POR Calabria, DR N. 2718/201, FSE 2007/2013, approvato con decisione della Commissione Europea n. C(2007) 6711 del 17/12/2007, Asse IV Capitale Umano, Obiettivo Operativo M2, Azione D5 Borse Post Doc.

Innovatività rispetto a soluzioni già esistenti:

L’innovatività della ricerca riguarda lo sviluppo di membrane polimeriche mediante inversione di fase, una tecnica sostenibile, economica e riproducibile, a partire da polimeri biodegradabili, sia di origine naturale che sintetica.

Variando le composizioni polimeriche di partenza e i parametri termodinamici è stato possibile ottenere membrane con specifiche proprietà chimico-fisiche e morfologiche superficiali (bagnabilità, rugosità, distribuzione e dimensione dei pori), opportune proprietà meccaniche e strutturali (modulo elastico, allungamento e resistenza alla rottura) e velocità di biodegradazione consone ai processi di neo-formazione dei tessuti e di cicatrizzazione di ferite croniche e acute.

Dal confronto con gli attuali dati presenti in letteratura, per la prima volta sono stati creati, oltre a costrutti dermici e dermo/epidermici integrati, strati epidermici distinti e isolati.

Titoli di proprietà intellettuale:

I risultati della ricerca sono già oggetto di diverse pubblicazioni su riviste scientifiche internazionali a partire dal 2012.

Principali applicazioni e mercato di riferimento:

Le principali applicazioni alle quali destinare il risultato della ricerca riguardano la sperimentazione preclinica su azioni, tossicità, assorbimento e/o accumulo di nuovi farmaci e nuove molecole di interesse farmaceutico e cosmetico per uso topico, nonché di contaminanti ambientali, in specifici e/o completi strati di pelle bioartificiale umana.

Il mercato di riferimento è rappresentato da industrie farmaceutiche e cosmetiche, per lo screening veloce delle azioni e interazioni di nuove sostanze di interesse terapeutico e/o cosmetico per uso topico, su pelle bioartificiale umana parziale e/o completa.

Inoltre, rappresentano dei potenziali partners le agenzie e i centri di sorveglianza e promozione della salute, per lo screening su tossicità e interazioni di contaminanti ambientali a livello topico, su pelle biortificiale umana parziale e/o completa.

Esigenze per l’ulteriore sviluppo – Industrializzazione:

L’ulteriore sviluppo del prodotto della ricerca riguarda la funzionalizzazione delle membrane polimeriche biodegradabili con nanoparticelle che potrebbero migliorare il trasporto selettivo di nutrienti e soluti attraverso le membrane polimeriche, favorendo gli scambi gassosi e quindi l’ossigenazione cellulare e la rimozione di CO₂, ed eventualmente di inglobare e rilasciare in modo controllato sostanze, farmaci e/o fattori di crescita utili al differenziamento e al trofismo cellulare. Per il raggiungimento di questi obiettivi di particolare interesse risulta essere la funzionalizzazione delle membrane polimeriche con nanoparticelle mesoporose di silice (MSNs).