Progettazione di Sostituti Vascolari Ingegnerizzati

Le protesi vascolari sono dispositivi medici che vengono impiantati permanentemente allo scopo di ripristinare le corrette condizioni di flusso di un tratto vascolare non più in grado di svolgere la sua funzione di trasporto del sangue.
Le principali cause che costringono alla sostituzione di tratti di vasi sanguigni sono la stenosi e l’aneurisma. Per stenosi si intende un restringimento del diametro dell’arteria a causa del quale il vaso non è più in grado di trasportare efficacemente il sangue verso i distretti periferici, con conseguente rischio di ischemia; l’aneurisma è un rigonfiamento di una porzione di arteria causato dal cedimento progressivo della parete del vaso, che ne induce la rottura provocando emorragia interna.

Il trattamento principalmente adottato per la rivascolarizzazione a lungo termine dei vasi occlusi è la chirurgia che utilizza innesti vascolari [14]; questi ultimi possono essere divisi in base alla loro dimensione in innesti di grosso/medio calibro e innesti di piccolo calibro. Le protesi di grosso calibro sono innesti vascolari di diametro interno superiore ai 6 mm, vengono utilizzate per la sostituzione dell’aorta e delle sue diramazioni: in questo caso i fenomeni trombotici non sono molto frequenti, date le considerevoli pressione e velocità del flusso ematico. Le protesi vascolari di piccolo calibro – diametro inferiore a 6 mm – risultano di più difficile realizzazione a causa delle ridotte dimensioni e presentano maggiori rischi trombogenici.
Per ridurre il fattore di rischio attualmente si ricorre, per quanto possibile, ad innesti di vasi sanguigni autologhi, che garantiscono immunocompatibilità, proprietà meccaniche paragonabili a quelle delle arterie native e uno strato preesistente di cellule endoteliali che permettono la corretta crescita del tessuto. Questa tipologia di innesti presenta tuttavia disponibilità limitata, soprattutto in pazienti che hanno già subito un espianto o che soffrono di patologie vascolari estese; inoltre l’intervento di raccolta di vasi autologhi risulta spesso invasivo. Per ovviare a queste problematiche, nell’ambito dell’ingegneria dei tessuti (Tissue Engineering, TE) vengono studiate e messe a punto tecniche per la produzione di vasi sanguigni ingegnerizzati (Tissue Engineering Vascular Grafts, TEVGs) di piccolo calibro che potrebbero essere utilizzati negli interventi di bypass (Figura 2.1). Essi presentano nella loro applicazione degli evidenti vantaggi, tra i quali ad esempio il permettere la rigenerazione, la crescita e il rimodellamento di una nuova parete vasale in vivo, senza la necessità di un intervento chirurgico di autoinnesto [7].

L’innesto ingegnerizzato, durante la fase di rimodellamento, da un lato sopperisce alla funzione di collegamento e trasporto svolta dal vaso sanguigno e dall’altro fornisce un modello per il corretto allineamento del tessuto in fase di crescita.
Come parte integrata della rete vascolare, un TEVG ottimale deve possedere una serie di caratteristiche, le principali sono [7]:
• biocompatibilità;
• superficie non trombogenica, a basso coefficiente di attrito;
• proprietà meccaniche che riproducano quelle del tessuto nativo;
• capacità di indurre attività biologica nell’organismo dopo l’impianto.

Mentre sono stati compiuti notevoli progressi nello sviluppo di vasi sanguigni ingegnerizzati e sono iniziati studi clinici, rimangono ancora delle criticità non irrilevanti per quanto riguarda alcuni aspetti della loro funzionalità, quali ad esempio: riuscire a produrre superfici non trombogeniche e non immunogeniche a contatto col sangue; sviluppare vasi con proprietà materiali e meccaniche adeguate per resistere, per un tempo superiore alla vita dell’ospite, a pressioni sanguigne pulsanti senza presentare difetti, deformazioni permanenti o stenosi; abilitare la vasocostrizione e la vasodilatazione fisiologiche [4]. Si analizzeranno in seguito le tecniche adoperate per migliorare le prestazioni e superare queste criticità.

L’approccio alla fabbricazione di vasi sanguigni ingegnerizzati consta principalmente di tre passaggi: il primo passo consiste nell’ottenere cellule derivate dai tessuti interessati, il che può essere fatto sia da fonti primarie, sia da cellule staminali. Quando poi il tessuto viene fatto crescere in vitro, le cellule vengono collocate su un supporto, fornendo il modello strutturale e funzionale per la formazione dei tessuti; infine il costrutto viene fatto maturare in un bioreattore. Una volta raggiunto lo stadio di sviluppo desiderato, il costrutto tissutale viene impiantato nell'ospite, dove sono previste un'ulteriore maturazione e integrazione.