Approfondimenti sul comportamento cellulare e sulla comunicazione micromolecolare nei microinnesti uroteliali

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 13589 (2023) Citare questo articolo

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Il microinnesto autologo è una tecnica attualmente applicata nella guarigione delle ferite cutanee, tuttavia, il potenziale utilizzo per la correzione chirurgica di altri organi con rivestimento epiteliale, inclusa la vescica urinaria, rimane in gran parte inesplorato. Attualmente si sa poco sul potenziale di espansione del microtrapianto e sugli eventi micromolecolari che si verificano nelle cellule uroteliali microtrapiantate. In questo studio, abbiamo mirato a valutare il potenziale proliferativo di diverse dimensioni di microinnesti uroteliali suini in vitro e, inoltre, ad esplorare come comunicano i microinnesti uroteliali e quali eventi microcellulari vengono attivati. Abbiamo dimostrato che una maggiore frammentazione dei tessuti ha successivamente potenziato la resa delle cellule proliferative e il potenziale di espansione cellulare, il che conferma che i principi del microinnesto dell'epitelio cutaneo si applicano anche all'uroepitelio. Inoltre, abbiamo preso di mira l'espressione della via extracellulare della chinasi regolata dal segnale (ERK) e abbiamo dimostrato che l'attivazione di ERK si verificava prevalentemente ai bordi del microinnesto e che l'inibizione di ERK portava a una diminuzione della migrazione e della proliferazione uroteliale. Infine, abbiamo isolato con successo le vescicole extracellulari dal terreno di coltura del microinnesto e ne abbiamo valutato il contenuto e la rilevanza all'interno di vari processi biologici arricchiti. I nostri risultati confermano il potenziale dell’applicazione del microinnesto uroteliale nei futuri modelli di ingegneria tissutale per la chirurgia urologica ricostruttiva e, inoltre, evidenziano alcuni meccanismi come potenziali bersagli per futuri trattamenti di guarigione delle ferite.

Le malformazioni congenite negli organi urogenitali spesso richiedono interventi chirurgici ricostruttivi nelle prime fasi della vita, tuttavia, queste procedure sono spesso ostacolate dalla mancanza di tessuto sano da innestare necessario per ripristinare un'anatomia funzionale. Le strategie chirurgiche convenzionali includono l'uso di lembi o innesti di tessuti nativi prelevati da altri sistemi di organi, principalmente gastrointestinali, anche se spesso a scapito di effetti collaterali quali stenosi, infezioni e persino trasformazioni maligne1,2,3,4,5 . Negli ultimi decenni sono stati introdotti vari innesti di ingegneria tessutale, cercando di ottimizzare i risultati del trattamento chirurgico e postoperatorio6,7. Un fattore importante, associato al successo dell'impianto, riguarda l'uso di matrici cariche di cellule, poiché in precedenza i trapianti acellulari sembravano più soggetti a stenosi e formazione di tessuto cicatriziale8,9,10,11.

Il microinnesto autologo utilizza tessuto nativo sano, che viene raccolto e ritrapiantato dopo la frammentazione meccanica. Come prima prova di principio per il microinnesto, il chirurgo plastico Dr. C. Parker Meek ne descrisse l'uso per il trattamento di gravi ustioni cutanee in una ragazza di 14 anni nel 1958. Al paziente fu trapiantato con successo un trapianto di microinnesto nativo tritato meccanicamente. frammenti di pelle di spessore (cioè microinnesti) equamente distribuiti sulle sue ferite. Meek ha ipotizzato che l'espansione del tessuto dell'innesto potrebbe essere potenziata aumentando l'area superficiale degli innesti (cioè i bordi della ferita del microinnesto), da cui i cheratinociti si espanderebbero lateralmente12. Pertanto, la divisione perpendicolare di un innesto cutaneo quadrato in quattro frammenti più piccoli aumenterebbe potenzialmente la superficie del 100% e, di conseguenza, questa maggiore superficie di crescita può essere descritta con una formula universale (Fig. 1).

Potenziale di espansione del microinnesto. Illustrazione schematica dei principi fondamentali del microinnesto secondo la teoria di Meek e della relazione numerica tra frammentazione tissutale e potenziale di espansione.

In questo modo, una piccola quantità di tessuto innestato potrebbe essere utilizzata per coprire un’area della ferita più ampia, rendendola un’opzione favorevole nel campo della chirurgia ricostruttiva pediatrica dove la quantità di tessuto innestato può essere particolarmente scarsa. In questo contesto, il termine rapporto di espansione si riferisce all’allargamento proporzionale dalla dimensione iniziale del tessuto sano innestato all’area della ferita innestata finale. Meek ha suggerito che il rapporto di espansione ottimale della pelle microinnestata sia 1:9 (ad esempio, possibilmente espandendo il tessuto sano dell'innesto in una ferita 9 volte più grande dell'innesto originale), sebbene questa ipotesi non sia mai stata verificata con certezza13. Al contrario, il seguente termine di rapporto di frammentazione si riferisce al numero di frammenti suddivisi di un campione di tessuto (ad esempio, un rapporto di frammentazione di 1:4 descrive una suddivisione da un pezzo in quattro frammenti più piccoli). La tecnica del microinnesto è stata clinicamente abbandonata per molti anni, a favore della tecnica di meshing dell'innesto cutaneo descritta per la prima volta da Tanner et al. nel 196414. Tuttavia, poiché la tecnica dell'innesto a rete consente solo un rapporto di espansione di circa 1:5, la tecnica del microinnesto è stata recentemente ampiamente rivalutata15,16,17,18,19,20. Mentre il microinnesto autologo è stato studiato e applicato principalmente nel trattamento delle ferite cutanee, la sua applicazione clinica per altri organi ricoperti da epitelio rimane in gran parte inesplorata. Inoltre, sebbene il rapporto di espansione dei microinnesti di tessuto epiteliale abbia intuitivamente limiti superiori naturali, questa relazione non è stata completamente esplorata e non è stata nemmeno descritta per l'uroepitelio.