Nuovo materiale biomimetico, monitorabile con MRI a ciclo di campo, per applicazioni in medicina rigenerativa

L’obiettivo di questo progetto è lo sviluppo di uno scaffold biomimetico per applicazioni in medicina rigenerativa. Il biomateriale che costituisce la matrice dello scaffold è di natura sintetica, basato sul polimero biodegradabile PLGA funzionalizzato con una poli-istidina. Lo “scaffold” prodotto sarà utilizzato come matrice per la crescita tissutale generata dalle cellule seminate. La presenza del sensore molecolare consentirà un monitoraggio costante sia dell’integrità/biodegradazione dello “scaffold” che della vitalità delle cellule che costituiscono l’impianto. Le caratteristiche del sensore sono tali da influenzare le immagini MRI, in particolare quelle acquisite con la tecnica emergente rappresentata dal FFC-MRI (Risonanza Magnetica per Immagini con Fast Field-Cycling). Essa prevede l’acquisizione di immagini e/o misure di velocità di rilassamento (R1) a campo magnetico variabile; è una tecnica non invasiva e ripetibile, utilizzabile durante l’intera vita del trapianto. Questo biomateriale rappresenta una nuova classe di agenti di contrasto, specificamente progettati per la tecnica FFC-MRI, che, a differenza di quelli attualmente utilizzati in clinica, non contiene metalli paramagnetici. Il contrasto viene generato sfruttando un meccanismo basato sull’interazione delle molecole di acqua con i nuclei quadrupolari di 14N del gruppo imidazolico della catena poli-istidinica presente nello “scaffold”. Questa interazione comporta un incremento di R1 (detto Quadrupolar Peak, QP) a frequenze specifiche e diverse rispetto a quelle generate dalle funzioni 14N amidiche delle proteine endogene. Questa proprietà rende il sensore estremamente specifico e libero da effetto matrice. L’unicità di questa tecnologia è di essere in grado di acquisire immagini al variare del campo magnetico, dando così fondamentali informazioni strutturali completamente invisibili all’MRI (Risonanza Magnetica per immagini) convenzionale. Le informazioni ottenibili dalla misura dei QPs derivano principalmente dalla loro dipendenza dal pH. Infatti, anche una piccola diminuzione del pH (causata da effetti sul microambiente extracellulare a seguito dell’attacco di cellule del sistema immunitario o dalla morte di cellule cresciute nei pori e nelle cavità del biomateriale) produce un cambiamento dell’intensità dei QP facilmente rilevabili negli esperimenti con tecniche basate sul FFC. Il QP di riferimento è a 1,38 MHz. Poiché, in linea di principio, qualsiasi tipo di materiale può essere funzionalizzato con catene di poli-istidine, quest’ultime potranno essere di grande aiuto per lo sviluppo ed il monitoraggio di nuovi biomateriali utilizzati nella medicina rigenerativa, permettendo un precoce intervento medico nel caso di reazioni infiammatorie acute.