TRITONE

 

Responsabile: Prof. Giovanni Vozzi

 

Università di Pisa
Dipartimento di Ingegneria dell’Informazione

Progetto co-finanziato dalla Regione Toscana
Bando Ricerca Salute 2018

 

Progetto / Project: TRITONE
SmarT bioactive peRsonalised and Implatable 3d prinTed scaffold for tendOn regeneration

 

Le lesioni traumatiche acute o croniche dei tendini rappresentano un problema clinico di ampia portata nella società moderna, che determina oneri economici importanti per il sistema sanitario, e un sostanziale impatto sulla qualità della vita nei pazienti. Sebbene i dati epidemiologici siano allarmanti, le patologie del tendine e del legamento sono sottovalutate, anche in considerazione del fatto che tali patologie possono causare importanti deficit nel movimento articolare, disabilità e, addirittura, una parziale immobilità per i pazienti. I tendini e i legamenti sono tessuti fibrosi specializzati con specifiche proprietà meccaniche. I tendini collegano i muscoli alla struttura ossea, mentre i legamenti possono essere considerati come un ponte tra le ossa vicine utilizzati per fornire una corretta stabilità articolare. Quando i tendini e i legamenti sono soggetti a lesioni, possono guarire spontaneamente ma con una significativa riduzione delle loro proprietà meccaniche. Le terapie ad oggi disponibili sono suture dirette, l'autotrapianto o l’allotrapianto o l’uso di dispositivi protesici. Nuove tecniche di ingegneria dei tessuti, come l'uso di biomateriali biodegradabili come uno “scaffold” per seminare cellule staminali in presenza di fattori di crescita appropriati, sono state utilizzate con un certo successo per promuovere la disponibilità di sostituti del tendine e del legamento. ll progetto TRITONE ha la missione di fornire ai pazienti uno scaffold, impiantabile, con un design personalizzato e progettato sulla base di immagini mediche e prodotto mediante fabbricazione additiva, per controllare la rigenerazione dei tessuti in modo specifico in ogni compartimento istologico di interesse. L'idea principale è quella di sviluppare un approccio integrato e innovativo per la rigenerazione di tendini/ligamenti autologhi a partire da cellule staminali derivate dal paziente, seminate su un'impalcatura polimerica specifica per il paziente, fabbricare integrando diverse tecniche di micro e nano fabbricazione al fine di produrre una struttura multimateriale e multiscala che mimi le caratteristiche biochimiche, topologiche e meccaniche del tessuto naturale. Questa struttura sarà decorata con biomolecole specifiche per promuovere e guidare la crescita cellulare e la differenziazione delle cellule staminali mesenchimali, e dei loro precursori derivati dallo stesso paziente, verso il fenotipo desiderato. Per garantire l’ottenimento di un costrutto funzionale assimilabile ad un tendine/legamento che possa essere facilmente impiantato come un tessuto autologo, esso verrà coltivato in un bioreattore dinamico in grado di riprodurre le forze meccaniche che agiscono su di esso come nel corpo umano. Le attuali strategie di ricostruzione non riescono a riprodurre l'organizzazione strutturale e funzionale dei tessuti, e delle loro proprietà meccaniche, compromettendo quindi il processo di rigenerazione e determinando una scarsa integrazione ossea e un'alta incidenza di insuccesso dopo le procedure di riparazione chirurgica. La rigenerazione dei tessuti, in contrasto con la semplice riparazione tissutale, dovrebbe consentire il recupero dello stato di salute e dei livelli di attività funzionali pre-malattia. La nuova soluzione proposta da TRITONE ridurrà quindi il tasso di ri-rottura e aumenterà la percentuale di successo del trattamento delle lesioni a tendini e legamenti.

 

 

 

 

Traumatic acute or chronic tendon injuries have become a critical common clinical problem in modern society, resulting in important economic burden to the health system and poor quality of life in patients. Despite alarming epidemiologic data, tendon and ligament pathologies are widely underestimated, although loss of function of these structures can lead to marked changes in joint motion and significant morbidity, disability or, even, partial immobility for patients. The increase in the frequency of these types of injuries results also in increasing health care costs. Tendons and ligaments are specialized fibrous tissues with specific mechanical properties. Tendons connect muscles to the bone structure, while the ligaments can be considered a bridge between neighbouring bones used to give a proper joint stability. When tendons and ligaments are subjected to lesions can spontaneously heal but with a significant reduction of their mechanical properties. Direct suture, autograft or allograft transplant or prosthetic devices are the available therapies. Novel tissue- engineering techniques, such as the use of biodegradable biomaterials as a scaffold to seed stem cells in the presence of appropriate growth factors, have been used with some success to promote the availability of tendon and ligament substitutes. In this case, the choice of a biomaterial/scaffold with critical step. The TRITONE project has the mission to provide patients with smart, implantable and personalized scaffolds design, driven by medical imaging, and enabled by additive manufacturing, to control tissue regeneration specifically in each histological compartment of interest. The main idea is to develop an integrate and novel approach to regenerate autologous tendon/ligament starting from stem cells derived by the patient, seeded on a patient specific polymer scaffold, fabricate integrating several micro and nano fabrication techniques in order to produce a multimaterial and multiscale structure that mimic the biochemical, topological and mechanical features of natural tissue. This structure will be decorated with specific biomolecules that promote and drive the cell growth and differentiation of mesenchymal stem cells and their precusors derived by the same patient toward the desired phenotype. To be sure to produce a functional tendon/ligament like construct that can be easily implanted as an autologus tissue, it will cultured in a dynamic bioreactor able to reproduce the mechanical forces acting on its in human body. Current reconstruction strategies fail to reproduce the original organization and function of the tissues, which is composed of gradations in structure, composition and mechanical properties, impairing its regeneration and resulting in poor bone integration and a high incidence of failure after surgical repair procedures. Tissue regeneration, in contrast to simple tissue repair, is expected to enable the recovery of the pre-disease health status and activity levels. The new solution proposed by the TRITONE approach will therefore reduce the rate of re-rupture and increase the percentage of success of the treatments of ligament and tendon injuries.