Studio di Ingegneria Rigenerativa nell'Artrosi e Prevenzione della Degenerazione della Cartilagine Articolare

Osteoarthritis (OA) is a degenerative disease that affects the entire joint, leading to alterations in articular cartilage, ligaments, subchondral bone, and synovium. Rated as the 4th leading cause of chronic disability worldwide, OA is the most common reason behind joint replacement in developed societies, and its financial and social burden is likely to increase in the next future. Once merely considered as a wear and tear disease, due to the physiological decline of cartilage architecture in weight-bearing tolerance, OA is by now evolved into the definition of a multifactorial and complex disease. An imbalance between anabolic and catabolic processes is assumed to act in concert with several risk factors, e.g., age, gender, genetics, obesity, bone metabolism, physical stresses, muscle strength, trauma, and sports injuries. The treatment of chondral defects in clinical practice is hindered by the poor self-healing ability of cartilage. Tissue engineering, combining innovative scaffolds and stem cells, therefore emerges as a promising strategy for articular regeneration. One of the aims of this research was to exploit tissue engineering principles by evaluating the capability of a cell-free collagen I-based scaffold to promote cartilaginous repair after orthotopic implantation in vivo and observe the effect of an exogenous natural molecule, Cycloastragenol, in the chondrogenic differentiation of mesenchymal stem cells in vitro. Furthermore, current literature underlines the importance of prevention and early intervention in order to avoid cartilage disruption and slow down the disease progression. For this reason, another aim of this work focused on contributing to the field of prevention of OA disease with new insights about the role of Vitamin D in cartilage development, the effect of physical exercise in OA synoviocyes and the consequence of muscle atrophy due to inactivity in a population of stem cells.

L'osteoartrite (OA) è una malattia degenerativa che colpisce l'intera articolazione, portando ad alterazioni del tessuto cartilagineo, dei legamenti, dell'osso subcondrale e della membrana sinoviale. Quarta causa di disabilità nel mondo, l'OA, il cui carico finanziario e sociale è destinato ad aumentare nel prossimo futuro, è la principale ragione alla base degli interventi di sostituzione articolare nelle società sviluppate. Sebbene precedentemente considerata esclusivamente come una malattia “da usura”, dovuta al fisiologico declino nella capacità della citoarchitettura cartilaginea di sostenere i carichi, l'OA è ormai evoluta nella definizione di una malattia multifattoriale e complessa. Si presume che uno squilibrio tra i processi anabolici e catabolici agisca di concerto con diversi fattori di rischio, rappresentati da età, sesso, genetica, obesità, metabolismo osseo, stress fisici, forza muscolare, traumi e lesioni sportive. Il trattamento dei difetti condrali nella pratica clinica è ostacolato dalla scarsa capacità di auto-rigenerazione della cartilagine. L'ingegneria dei tessuti, che combina scaffold innovativi e cellule staminali, emerge quindi come una strategia promettente per la rigenerazione articolare. Uno degli obiettivi di questo lavoro è stato quello di sfruttare le attuali conoscenze in questo campo di ricerca per valutare la capacità di un cell-free scaffold a base di collagene di tipo I nel promuovere la riparazione cartilaginea dopo l'impianto ortotopico in vivo e, inoltre, analizzare l'effetto della presenza di una molecola naturale esogena, il Cicloastragenolo, durante la differenziazione condrogenica a partire da cellule staminali mesenchimali in vitro. Infine, l’attuale letteratura scientifica sottolinea l'importanza della prevenzione e dell'intervento terapeutico precoce al fine di evitare la degenerazione della cartilagine e rallentare la progressione della patologia. Per questo motivo, un altro obiettivo di questo lavoro è stato quello di contribuire alla ricerca nel campo della prevenzione con nuove evidenze scientifiche sul ruolo della vitamina D nello sviluppo della cartilagine, sull'effetto dell'esercizio fisico nei sinoviociti durante la progressione della patologia, e sulle conseguenze dell'atrofia muscolare dovuta all'inattività, in una popolazione di cellule staminali.