Lo studio ha portato alla realizzazione di un nuovo modello tridimensionale di tessuto epiteliale per lo studio della fibrosi cistica (FC) all’interno di un chip microfluidico fatto di plastica e polimeri. Il chip permette la coltura dinamica di cellule, il monitoraggio delle funzioni tissutali e la somministrazione controllata di farmaci. A differenza dei modelli classicamente usati, consistenti in cellule dell’epitelio polmonare coltivate su di una membrana polimerica, il modello di chip microfluidico è costituito da un epitelio bronchiale umano cresciuto e differenziato su un tessuto connettivo 3D, realizzato mediante tecniche di ingegneria dei tessuti. Un chip così creato permette di investigare l’interazione tra epitelio e connettivo in fibrosi cistica. I dati ottenuti mostrano che il tessuto connettivo FC presenta alterazioni rispetto a quello sano, come l’aumentata velocità di proliferazione dei fibroblasti e la produzione di una abbondante e densa matrice extracellulare caratterizzata da elevata rigidezza. La presenza del connettivo ha evidenziato che esistono interazioni significative con l’epitelio sovrastante e la formazione di strutture epiteliali simil ghiandolari, caratteristiche del tessuto nativo, che hanno un ruolo nella secrezione del fluido apicale, la cui composizione è alterata in FC. Infatti, la viscosità del muco prodotto nel modello risulta maggiore rispetto al modello di solo epitelio. Inoltre, è stato osservato che l’epitelio a contatto con il connettivo mostra aumentata espressione di geni coinvolti nel rimodellamento tissutale e nella risposta infiammatoria, fattori chiave coinvolti nell’evoluzione della fibrosi cistica.
Il chip microfluidico ha permesso il differenziamento degli epiteli in tempi più brevi della classica coltura in statico che si effettua in contenitori di plastica come le fiasche e piastre. I risultati dello studio mostrano dunque lo sviluppo di un nuovo modello di FC utile per lo studio della patologia e per l’analisi dell’effetto di farmaci in grado di agire sulla funzione di CFTR ma anche sul rimodellamento tissutale e sull’infiammazione che si verificano in FC.
The project aimed at developing a novel cystic fibrosis model (CF) into a microfluidic chip, suitable for tissue culture, monitoring and drug administration. In contrast to the gold standard CF models, in which the epithelium is placed on a polymeric membrane, our 3D pulmonary model is composed by a human bronchial epithelium grown and differentiated on a connective airway tissue, developed by advanced tissue engineering strategies. The model showed positivity for the typical markers of tissue differentiation, and it was useful for the study of epithelial/stromal crosstalk in CF. In fact, the CF connective airway tissue showed differences in comparison with a normal one, such as increased fibroblast activity and production of an abundant and dense extracellular matrix presenting a higher stiffness. The close interaction between the epithelium and the physiologically relevant connective tissue allowed the formation of epithelial gland-like structures, which have a role in the production of the apical fluid whose composition is altered in CF. Indeed, apical mucus viscosity was higher in 3D than in the gold standard CF model. Moreover, transcriptomic analyses showed the up-regulation of genes involved in tissue remodeling and inflammatory response in 3D, which are key factors involved in the evolution of the pathology. The dynamic culture on chip allowed the fast differentiation of CF models and the time-controlled release of drugs. Therefore, the results of the study showed the development of a new CF model useful for the study of the disease and for the screening of drugs targeting CFTR but also tissue remodeling and inflammation occurring in CF.
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