Progenitori endoteliali nei pazienti con Chronic Kidney Disease - Mineral and Bone Disorder (CKD-MBD) in fase uremica: effetti del trattamento con vitamina D.

L'insufficienza renale cronica (CKD) è associata ad un rischio cardiovascolare più elevato rispetto alla popolazione generale: fattori come uremia, stress ossidativo, età dialitica, infiammazione, alterazioni del metabolismo minerale e presenza di calcificazioni vascolari incidono fortemente sulla morbosità e mortalità per cause cardiovascolari nel paziente uremico. Diversi studi hanno verificato il coinvolgimento dei progenitori endoteliali (EPC) nella malattia aterosclerotica ed è stato dimostrato che esprimono osteocalcina, marcatore di calcificazione. Inoltre, nella CKD è presente una disfunzione in numero e funzionalità delle EPC. Attualmente, il ruolo delle EPC nella formazione delle calcificazioni vascolari nei pazienti in dialisi non è stato ancora chiarito. Lo scopo della tesi è quello di studiare le EPC prelevate da pazienti con CKD, al fine di determinarne numero e fenotipo. È stato anche valutato l'effetto del trattamento in vitro e in vivo con calcitriolo e paracalcitolo sulle EPC, dato il deficit di vitamina D dei pazienti con CKD: il trattamento con vitamina D sembra avere effetti positivi sul sistema cardiovascolare. Sono stati valutati: numero di EPC circolanti e la relativa espressione di osteocalcina e del recettore della vitamina D; morfologia e fenotipo EPC in vitro; effetti di calcitriolo e paracalcitolo sull’espressione di osteocalcina e sui depositi di calcio. I risultati dello studio suggeriscono che il trattamento con vitamina D abbia un effetto positivo sulle EPC, aumentando il numero di EPC circolanti e normalizzandone la morfologia. Sia calcitriolo che paracalcitolo sono in grado di ridurre notevolmente l’espressione di OC, mentre solo il paracalcitolo ha un effetto significativo sulla riduzione dei depositi di calcio in coltura. In conclusione, il trattamento con vitamina D sembra ridurre il potenziale calcifico delle EPC nell’uremia, aprendo nuove strade per la gestione del rischio cardiovascolare nei pazienti affetti da CKD.

Modulazione del differenziamento osteogenico di precursori mesenchimali umani per applicazioni di ingegneria tissutale

Lo scheletro è un tessuto dinamico, capace di adattarsi alle richieste funzionali grazie a fenomeni di rimodellamento ed alla peculiare proprietà rigenerativa. Tali processi avvengono attraverso l’azione coordinata di osteoclasti ed osteoblasti. Queste popolazioni cellulari cooperano allo scopo di mantenere l’ equilibrio indispensabile per garantire l’omeostasi dello scheletro. La perdita di tale equilibrio può portare ad una diminuzione della massa ossea e, ad una maggiore suscettibilità alle fratture, come avviene nel caso dell’osteoporosi. E’ noto che, nella fisiopatologia dell’osso, un ruolo cruciale è svolto da fattori endocrini e paracrini. Dati recenti suggeriscono che il rimodellamento osseo potrebbe essere influenzato dal sistema nervoso. L’ipotesi è supportata dalla presenza, nelle vicinanze dell’osso, di fibre nervose sensoriali responsabili del rilascio di alcuni neuro peptidi, tra i quali ricordiamo la sostanza P. Inoltre in modelli animali è stato dimostrato il diretto coinvolgimento del sistema nervoso nel mantenimento dell’omeostasi ossea, infatti ratti sottoposti a denervazione hanno mostrato una perdita dell’equilibrio esistente tra osteoblasti ed osteoclasti. Per tali ragioni negli ultimi anni si è andata intensificando la ricerca in questo campo cercando di comprendere il ruolo dei neuropeptidi nel processo di differenziamento dei precursori mesenchimali in senso osteogenico. Le cellule stromali mesenchimali adulte sono indifferenziate multipotenti che risiedono in maniera predominante nel midollo osseo, ma che possono anche essere isolate da tessuto adiposo, cordone ombelicale e polpa dentale. In questi distretti le MSC sono in uno stato non proliferativo fino a quando non sono richieste per processi locali di riparo e rigenerazione tessutale. MSC, opportunamente stimolate, possono differenziare in diversi tipi di tessuto connettivo quali, tessuto osseo, cartilagineo ed adiposo. L’attività di ricerca è stata finalizzata all’ottimizzazione di un protocollo di espansione ex vivo ed alla valutazione dell’influenza della sostanza P, neuropeptide presente a livello delle terminazioni sensoriali nelle vicinanze dell’osso, nel processo di commissionamento osteogenico.

Studio della superficie degli impianti dentali in titanio: La nanotecnologia nella valutazione delle nuove superfici implantari in rapporto all'osteointegrazione dei mascellari

Il presente lavoro parte dalla descrizione dei processi di rimodellamento osseo mascellare a seguito della perdita di elementi dentari e la successiva riabilitazione mediante impianto dentale osteointegrato. Approfondiremo proprio i complessi aspetti dell’osteointegrazione su superfici implantari in titanio sia a livello micro che macroscopico. Nel campo dell’implantologia, infatti, il titanio risulta essere il materiale maggiormente impiegato in virtù della sua eccellente biocompatibilità e resistenza. Successivamente prenderemo in analisi i trattamenti di superficie implantare ad oggi più diffusi, lavorati prevalentemente a livello microscopico e infine confronteremo una sistematica trattata tradizionalmente con una innovativa trattata superficialmente a livello nanometrico. Il confronto avverrà in vivo, paragonando i risultati ottenuti clinicamente e radiograficamente tra le 2 sistematiche implantari, utilizzate per ripristinare la funzione masticatoria nei pazienti arruolati.

Peripheral arterial disease and diabetes: effects on endothelial progenitor cell differentiation and nitric oxide metabolism

In the recent years it is emerged that peripheral arterial disease (PAD) has become a growing health problem in Western countries. This is a progressive manifestation of atherothrombotic vascular disease, which results into the narrowing of the blood vessels of the lower limbs and, as final consequence, in critical leg ischemia. PAD often occurs along with other cardiovascular risk factors, including diabetes mellitus (DM), low-grade inflammation, hypertension, and lipid disorders. Patients with DM have an increased risk of developing PAD, and that risk increases with the duration of DM. Moreover, there is a growing population of patients identified with insulin resistance (IR), impaired glucose tolerance, and obesity, a pathological condition known as “metabolic syndrome”, which presents increased cardiovascular risk. Atherosclerosis is the earliest symptom of PAD and is a dynamic and progressive disease arising from the combination of endothelial dysfunction and inflammation. Endothelial dysfunction is a broad term that implies diminished production or availability of nitric oxide (NO) and/or an imbalance in the relative contribution of endothelium-derived relaxing factors. The secretion of these agents is considerably reduced in association with the major risks of atherosclerosis, especially hyperglycaemia and diabetes, and a reduced vascular repair has been observed in response to wound healing and to ischemia. Neovascularization does not only rely on the proliferation of local endothelial cells, but also involves bone marrow-derived stem cells, referred to as endothelial progenitor cells (EPCs), since they exhibit endothelial surface markers and properties. They can promote postnatal vasculogenesis by homing to, differentiating into an endothelial phenotype, proliferating and incorporating into new vessels. Consequently, EPCs are critical to endothelium maintenance and repair and their dysfunction contributes to vascular disease. The aim of this study has been the characterization of EPCs from healthy peripheral blood, in terms of proliferation, differentiation and function. Given the importance of NO in neovascularization and homing process, it has been investigated the expression of NO synthase (NOS) isoforms, eNOS, nNOS and iNOS, and the effects of their inhibition on EPC function. Moreover, it has been examined the expression of NADPH oxidase (Nox) isoforms which are the principal source of ROS in the cell. In fact, a number of evidences showed the correlation between ROS and NO metabolism, since oxidative stress causes NOS inactivation via enzyme uncoupling. In particular, it has been studied the expression of Nox2 and Nox4, constitutively expressed in endothelium, and Nox1. The second part of this research was focused on the study of EPCs under pathological conditions. Firstly, EPCs isolated from healthy subject were cultured in a hyperglycaemic medium, in order to evaluate the effects of high glucose concentration on EPCs. Secondly, EPCs were isolated from the peripheral blood of patients affected with PAD, both diabetic or not, and it was assessed their capacity to proliferate, differentiate, and to participate to neovasculogenesis. Furthermore, it was investigated the expression of NOS and Nox in these cells. Mononuclear cells isolated from peripheral blood of healthy patients, if cultured under differentiating conditions, differentiate into EPCs. These cells are not able to form capillary-like structures ex novo, but participate to vasculogenesis by incorporation into the new vessels formed by mature endothelial cells, such as HUVECs. With respect to NOS expression, these cells have high levels of iNOS, the inducible isoform of NOS, 3-4 fold higher than in HUVECs. While the endothelial isoform, eNOS, is poorly expressed in EPCs. The higher iNOS expression could be a form of compensation of lower eNOS levels. Under hyperglycaemic conditions, both iNOS and eNOS expression are enhanced compared to control EPCs, as resulted from experimental studies in animal models. In patients affected with PAD, the EPCs may act in different ways. Non-diabetic patients and diabetic patients with a higher vascular damage, evidenced by a higher number of circulating endothelial cells (CECs), show a reduced proliferation and ability to participate to vasculogenesis. On the other hand, diabetic patients with lower CEC number have proliferative and vasculogenic capacity more similar to healthy EPCs. eNOS levels in both patient types are equivalent to those of control, while iNOS expression is enhanced. Interestingly, nNOS is not detected in diabetic patients, analogously to other cell types in diabetics, which show a reduced or no nNOS expression. Concerning Nox expression, EPCs present higher levels of both Nox1 and Nox2, in comparison with HUVECs, while Nox4 is poorly expressed, probably because of uncompleted differentiation into an endothelial phenotype. Nox1 is more expressed in PAD patients, diabetic or not, than in controls, suggesting an increased ROS production. Nox2, instead, is lower in patients than in controls. Being Nox2 involved in cellular response to VEGF, its reduced expression can be referable to impaired vasculogenic potential of PAD patients.