Biological assessment of drug-releasing carriers and piezoelectric electrospun patches for the potential treatment of myocardial infarction

Le malattie cardiovascolari rappresentano la principale causa di mortalità a livello globale, con l’infarto miocardico (IM) tra i principali fattori. L’IM è causato dalla morte dei cardiomiociti (CM) per ischemia, generalmente dovuta all’ostruzione arteriosa da aterosclerosi. La limitata capacità rigenerativa del cuore aggrava la severità dell’IM, portando a fibrosi, rimodellamento ventricolare sinistro e insufficienza cardiaca (IC). La terapia standard prevede l’intervento coronarico percutaneo (PCI) e il trattamento farmacologico. Tuttavia, l’elevata mortalità post-PCI persiste a causa di ritardi nell’intervento e dello sviluppo di IC cronica. Questi esiti clinici subottimali hanno spinto la ricerca verso strategie terapeutiche alternative, tra cui lo sviluppo di biomateriali bioattivi e stimolo-responsivi. L’utilizzo di materiali avanzati e sistemi di rilascio capaci di rispondere a stimoli endogeni ed esogeni permette infatti un rilascio di farmaci controllato a livello spazio-temporale, elemento chiave per mirare alle diverse fasi della guarigione dell’IM, modulando specifici meccanismi patologici e ottimizzando il recupero. Questa tesi si inserisce nel progetto Horizon Europe REBORN, volto allo sviluppo di una patch piezoelettrica multifunzionale fibrosa che incorpora nanoparticelle ingegnerizzate polimeriche e a base di silice sensibili agli ultrasuoni (US), consentendo il rilascio controllato di farmaci antinfiammatori e antifibrotici per il trattamento dell’IM. In questo contesto, il lavoro di ricerca si è concentrato sulla valutazione in vitro e in vivo di alcuni dei materiali sviluppati, esaminando la risposta infiammatoria indotta dalla matrice polimerica e l’efficacia dei farmaci rilasciati dai nanocarriers, con l’obiettivo di definire una finestra terapeutica e determinare il quantitativo ottimale di carriers per la progettazione finale della patch. La patch fibrosa piezoelettrica è stata ottenuta ottimizzando il processo di elettrofilatura di una formulazione a base di fluoruro di polivinilidene (PVDF) e trattando la membrana elettrofilata con plasma O₂ per aumentarne l’idrofilicità superficiale. La valutazione in vivo è stata condotta impiantando la patch in un modello murino di IM, indotto tramite legatura dell’arteria discendente anteriore sinistra, seguito da analisi istologica e di immunofluorescenza per studiare la risposta immunitaria. Parallelamente, sono stati testati due sistemi di rilascio farmaceutico: nanoparticelle di acido poli(lattico-co-glicolico) caricate con pirfenidone (nPLGA_PIRF) e nanoparticelle di silice mesoporosa con rivestimento di alginato sensibile agli US contenenti ibuprofene (IBU@MSN-SA-Ca). Le nPLGA_PIRF, sintetizzate mediante tecnica di doppia emulsione ottimizzata, sono state testate su fibroblasti cardiaci umani, mentre le IBU@MSN-SA-Ca sono state studiate su macrofagi umani isolati da campioni di sangue. In dettaglio, la citotossicità e l’effetto antifibrotico delle nPLGA_PIRF sono stati analizzati dopo 48h e 72h di incubazione, testando concentrazioni di rilascio tra 0,1 e 10 mg/mL, in base a test preliminari sulla citotossicità del PIRF sui fibroblasti (massimo 0,8 mg/mL). In parallelo, le proprietà antinfiammatorie delle IBU@MSN-SA-Ca sono state valutate a concentrazioni tra 0,025 e 1 mg/mL dopo 72h di incubazione. I risultati relativi a vitalità cellulare, attività metabolica ed espressione di marker specifici sono stati ottenuti tramite saggi di immunofluorescenza.