Condotto nervoso conduttivo con proprietà piezoelettriche per una migliore differenziazione del PC12

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 12004 (2023) Citare questo articolo

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Il ripristino del tessuto nervoso rimane molto impegnativo, principalmente a causa della limitata capacità di rigenerazione del sistema nervoso e dello sviluppo di fibrosi. Questa limitazione richiede la progettazione di un nuovo canale di guida nervosa per promuovere la riparazione dei nervi. In questo studio, abbiamo sviluppato un nuovo condotto core/shell per indurre la differenziazione di PC12. Il metodo di co-elettrofilatura è stato utilizzato per produrre un guscio fibroso contenente policaprolattone/polivinilidene fluoruro PCL/PVDF, gelatina e nanocomposito di polianilina/grafene (PAG). La sezione centrale del condotto era riempita con idrogel di chitosano-gelatina contenente nanoparticelle di PAG e ZnO. Tale condotto presenta attività antibatterica, conduttività elettrica e proprietà piezoelettriche. L'effetto di tale condotto ingegnerizzato sulla differenziazione del PC12 è stato studiato analizzando i marcatori di differenziazione Nestin e la proteina 2 associata ai microtubuli (MAP2) mediante tecniche immunocitochimiche e PCR-RT. Il risultato ha rivelato che tale condotto potrebbe indurre in modo significativo l'espressione dei geni Nestin e MAP2 nelle cellule PC12 e, quindi, è un'opzione praticabile per un'efficace differenziazione cellulare e la rigenerazione dei nervi.

Dopo un infortunio, il sistema nervoso ha una capacità intrinsecamente limitata di rigenerarsi1,2. Il condotto di guida nervosa (NGC) di ingegneria tissutale è emerso come un'alternativa promettente agli innesti per riparare i tessuti nervosi danneggiati3,4. Per fabbricare NGC con struttura simile alla membrana extracellulare (ECM), sono importanti le proprietà fisico-chimiche, meccaniche e biologiche dei materiali come biocompatibilità, biodegradabilità, proprietà meccaniche, rigonfiamento e infiammazione minimi, nonché la conduzione nervosa desiderabile4,5,6. Oltre alle varie tecniche riportate come la stampa 3D7, la schiumatura di gas e la liofilizzazione5, l'elettrofilatura è un approccio economicamente vantaggioso per la produzione di strutture fibrose e porose che potrebbero imitare l'ECM7,8,9 e fornire spazio sufficiente per la crescita e la proliferazione delle cellule10. Il policaprolattone (PCL) come polimero biocompatibile con natura semicristallina fornisce integrità strutturale e stabilità meccanica dello scaffold nell'ingegneria dei tessuti8,11. La gelatina è un biopolimero naturale ampiamente sfruttato nella fabbricazione di scaffold grazie alla sua elevata biodegradabilità, biocompatibilità e ottima adesione cellulare12,13. Pertanto, può essere utilizzato per migliorare la scarsa idrofilicità e l'assenza di siti di attacco cellulare di PCL8,11. Il chitosano (CS), derivato dalla deacetilazione della chitina, ha biocompatibilità e attività antibatterica14,15 Considerando le caratteristiche della gelatina, la miscelazione del chitosano con la gelatina compensa la mancanza di bioattività del chitosano16.

Numerosi sforzi di ricerca hanno rivelato il ruolo efficace della forza elettrica sull'adesione cellulare, sulla proliferazione, sulla differenziazione e sulla migrazione delle cellule nervose8,14. La polianilina (PANI) presenta un'elevata resistenza chimica e termica nonché una significativa conduttività. Il grafene con un singolo foglio di carbonio sp2 atomico legato ha ricevuto maggiore attenzione nella conduttività elettrica14. È stato dimostrato che il nanocomposito polianilina/grafene (PAG) ha una conduttività maggiore rispetto a PANI8,17, il che potrebbe essere utile per la crescita e la differenziazione neurale5,6,18. Il PAG con elevata conduttività elettrica ed eccellente stabilità chimica è stato applicato nella fabbricazione di condotti conduttivi. Boroojeni et al. hanno incorporato il nanocomposito PAG all'interno di nanofibre di gelatina per conferire allo scaffold proprietà conduttive, che assomigliano al comportamento conduttivo degli assoni19. Mohammadi et al. ha dichiarato che il condotto PCL/gelatina conduttivo nervoso elettrofilato multicanale contenente il 2% in peso. Il PAG è risultato il più favorevole per la crescita cellulare8. Soleimani et al. hanno affermato che le nanoparticelle PAG potrebbero migliorare l’adesione e la crescita cellulare su un’impalcatura a base di chitosano/gelatina6. Bayat et al. ha espresso il ruolo positivo della conduttività per la stimolazione e la crescita cellulare mediante incorporazione di PAG nel canale di guida dell'alginato5.