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Matrice Extracellulare del Sistema Cardiovascolare
 
 
 
 
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UniversitÓ degli Studi di Padova
Dipartimento di Scienze Biomediche Sperimentali
Viale G. Colombo, 3 - 35121 Padova

Base di partenza scientifica e obiettivi

Le malattie del sistema cardiovascolare rappresentano la prima causa di mortalità nel mondo industrializzato e sono classificate tra le prime tre malattie in termini di spesa corrente in ogni paese del globo. Il numero dei decessi causati dalle malattie cardiovascolari (CVD) è più alto del numero di persone che decedono per cancro, cause accidentali e infezioni [1]. Tra le CVD, quelle associate alla valvola aortica spesso portano come conseguenza la necessità di un intervento chirurgico di riparazione o sostituzione della stessa. La stenosi calcifica della valvola aortica nativa, in particolare, è una patologia degenerativa che colpisce principalmente la settima e ottava decade di età. Rappresenta la più comune patologia valvolare nella popolazione anziana occidentale con un’incidenza che aumenta con l’età con una percentuale che è circa del 4.6% nelle persone di età superiore a 75 anni. La valvola aortica calcifica presenta cuspidi valvolari irrigidite il cui movimento è progressivamente limitato sino a costituire un vero e proprio ostacolo all’eiezione del sangue dal cuore verso il circolo sistemico. I pazienti affetti da questa patologia possono manifestare vari sintomi quali astenia, dispnea, sincopi che una volta manifestati conducono in un lasso di tempo che va dai 2 ai 5 anni, e dopo continui ricoveri, al decesso.

Con la chirurgia tradizionale di sostituzione valvolare, la qualità di vita e la prognosi dei malati migliorano drasticamente e tuttavia una parte non trascurabile dei pazienti anziani non può beneficiare di questo tipo di intervento per la coesistenza di altre patologie, alcune delle quali proprie dell'invecchiamento, quali l'insufficienza renale, la patologia cerebrovascolare ischemica cronica, la patologia polmonare cronica ostruttiva ecc.

Da qualche anno, la comunità cardiochirurgica internazionale sta discutendo se il vantaggio di operare quest’ultima coorte di pazienti mediante tecniche di sostituzione valvolare convenzionale sia maggiore del rischio a cui essi vengono sottoposti con l’intervento stesso.

A questo proposito è stata recentemente messa a punto una tecnica mininvasiva che consiste nell'impianto di una valvola aortica biologica all'interno della valvola nativa attraverso una piccola incisione, praticata all'inguine o nella parete anteriore dell'emitorace sinistro. La valvola utilizzata in questo tipo di interventi, denominata percutanea, è costituita da materiale biologico ancorato ad uno stent di supporto. Il primo di questi interventi è stato effettuato a Rouen da Alain Cribier nel 2002 [2]. Essa è tuttora montata “chiusa” su appositi cateteri attorno a un pallone espandibile in grado di avanzare all'interno del sistema arterioso umano. Esistono due tipi di intervento a seconda della via di accesso utilizzata per l'impianto di questa protesi: l'approccio transfemorale e l'approccio transapicale. Entrambi i sistemi garantiscono il raggiungimento del cuore sotto la guida di strumentazioni radiologiche ed ecocardiografiche tridimensionali. La zona di introduzione dei cateteri nel sistema circolatorio prevede l’inserimento diretto nelle arterie o, nel caso delle metodiche transapicali, nel cuore.

Allo stesso modo, tra le CVD, notevole importanza rivestono le cardiomiopatie primitive (dilatativa, restrittiva o ipertrofica aritmogenica), secondarie (ischemie che portano allo scompenso grave) e quelle congenite che nella maggior parte dei casi compromettono irreversibilmente la funzionalità muscolare ventricolare e quindi la contrattilità del muscolo cardiaco. I pazienti affetti da queste patologie sono a rischio di sopravvivenza, risultano refrattari alla terapia medica massimale ed alla chirurgia conservativa e, in ultima istanza, sono candidati al trapianto di cuore. Nel 2008 il registro dell’International Society for Heart and Lung Transplantation (ISHLT) riportava che dal 1982 al 2007 erano stati effettuati circa 80.000 casi di trapianto di cuore nel mondo [3]; di questi una percentuale prossima al 70% erano stati effettuati negli Stati Uniti, nonostante la popolazione di questa nazione sia solo il 5% di quella mondiale. La carenza di donatori di cuore rimane comunque una delle cause principali del basso numero di interventi di trapianto cardiaco rispetto ai potenziali pazienti che necessitano di un nuovo organo. Nel 2000 si stimava che negli Stati Uniti per ogni milione di cittadini ci fossero 8 donatori, 4 in Europa, e addirittura solo 0,03 in Asia; nel 2010 questo rapporto, a livello mondiale, si è ulteriormente abbassato [4]. I pazienti in attesa di trapianto devono pertanto sopportare liste di attesa molte lunghe (fino a 2 anni) e a questo scopo da almeno tre decenni sono stati sviluppati dei sistemi meccanici circolatori che, una volta impiantati, fungono da “ponte” in attesa del trapianto stesso [5]. L’uso di questi dispositivi ha permesso di diminuire la mortalità dei pazienti scompensati e di migliorare al contempo la loro qualità di vita. Secondo l’Organ Procurement and Transplant Network (OPTN) lo status dei pazienti in attesa di trapianto può differenziarsi in 1A, 1B e in una terza categoria senza nome che raggruppa tutti i rimanenti soggetti. Gli appartenenti alla 1A sono quelli la cui aspettat

Progetti di ricerca
  • Matrici extracellulari decellularizzate per bioprotesi valvolari cardiache: isolamento conservativo, prevenzione dalla calcificazione, caratterizzazione strutturale e biochimica delle matrici prima e dopo ripopolamento cellulare con cellule somatiche e staminali.
  • Contenuto e distribuzione di collagene, elastina e glicoconiugati nelle valvole semilunari, seni di Valsalva e parete dell’aorta e dell’arteria polmonare.
  • Caratterizzazione ultrastrutturale delle matrici extracellulari intatte delle pareti vascolari e delle valvole cardiache con riferimento particolare alla rete tridimensionale delle fibre elastiche.
  • Impianto di valvole cardiache decellularizzate e criopreservate, secondo la metodica clinica, in animali sperimentali di grande taglia (suini vietnamiti).
  • Studio dell’epitopo cellulare a-Gal come residuo antigenico, presente nei tessuti animali dei mammiferi non primati, responsabile del rigetto iperacuto degli xenotrapianti.
  • Sviluppo di bioreattori che simulino le condizioni fisiologiche ed emodinamiche del cuore in vivo per la coltivazione dinamica di cellule umane su scaffold di valvole suine e costituite da pericardio bovino.
  • Caratterizzazione meccanica dei biomateriali derivanti dal tessuto connettivo di specie animali eterologhe.
  • Progettazione di nuove geometrie per la creazione di valvole cardiache di tipo percutaneo
  • Utilizzo di peptidi sintetici pro-adesivi, legati covalentemente alle proteine della matrice extracellulare decellularizzata di specie animale, per l’incremento dell’adesione cellulare di elementi nucleati umani per il ripopolamento di scaffold autorimodellanti.
Servizi e strumentazione principale

Laboratorio di microscopia ottica, a fluorescenza, confocale, elettronica a scansione

Laboratorio di istologia ed immunostochimica

Laboratorio di biochimica analitica

Laboratorio di biologia cellulare

Laboratorio di immunologia 

Laboratorio di biomeccanica

Stabulario per animali di piccola taglia

A. Seno coronarico di radice aortica suina nativa, immunofluorescenza: in blue le cellule, in verde il collagene, in rosso l'elastina. B. Seno coronarico di radice aortica suina decellularizzata.
Microscopia elettronica a scansione di un lembo di valvola aortica decellularizzata.
Microtomografia assiale computerizzata di pericardio bovino.

Pubblicazioni recenti
Cells, scaffolds and bioreactors for tissue engineered heart valves: a journey from basic concepts to contemporary developmental innovations - Gandaglia A, Bagno A, Naso F, Spina M, Gerosa G - Europ J Cardioth Surg. DOI 10.1016/j.ejcts.2010.07.030 ( 2011 )
First quantitative assay of alpha-Gal in soft tissues: presence and distribution of the epitope before and after cell removal from xenogeneic heart valves. - Naso F, Gandaglia A, Iop L, Spina M, Gerosa G. - Acta Biomaterialia (ahead of print) ( 2011 )
Characterization of aneurysmal aortas by biochemical, thermal, and dielectric techniques. - Samouillan V, Dandurand J, Lacabanne C, Stella A, Gargiulo M, Degani A, Gandaglia A, Spina M. - J Biomed Mater Res A. 95(2):611-9. ( 2010 )
The changing hydrodynamic performance of the decellularized intact porcine aortic root: considerations on in-vitro testing. - Bottio T, Tarzia V, Dal Lin C, Buratto E, Rizzoli G, Spina M, Gandaglia A, Naso F, Gerosa G. - J Heart Valve Dis. 19(4):485-91. ( 2010 )
Differential distribution of structural components and hydration in aortic and pulmonary heart valve conduits: Impact of detergent-based cell removal. - Naso F, Gandaglia A, Formato M, Cigliano A, Lepedda AJ, Gerosa G, Spina M. - Acta Biomater. 6(12):4675-88. ( 2010 )
The influence of heart valve leaflet matrix characteristics on the interaction between human mesenchymal stem cells and decellularized scaffolds. - Iop L, Renier V, Naso F, Piccoli M, Bonetti A, Gandaglia A, Pozzobon M, Paolin A, Ortolani F, Marchini M, Spina M, De Coppi P, Sartore S, Gerosa G. - Biomaterials. 30(25):4104-16. ( 2009 )

 
 
 
 
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Ultimo aggiornamento del 21 gennaio 2011 alle ore 16:40
 
 
 
 
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