Presso il Laboratorio sono presenti vari Settori/Aree di attività fra cui:

• Biologia Cellulare e Metodiche Alternative (BCMA);
• Ingegneria Tessutale (INGT);
• Morfologia e Analisi Biochimiche (MAB);
• Istologia (IST);
• Istomorfometria, Microarchitettura Osso Biomateriali (IMABO);
• Fisiopatologia Meccanica Sperimentale (FMS).

Presso il Settore di Biologia Cellulare e Metodiche Alternative vengono allestite colture di cellule differenziate e non differenziate. Questo permette la valutazione di terapie, biomateriali e superfici bioattive. In particolare, attraverso  l’allestimento di colture cellulari di linea e primarie (es. osteoblasti, osteoclasti, condrociti, tenociti, fibroblasti, legamentociti e cellule staminali mesenchimali) vengono eseguiti studi di biocompatibilità dei biomateriali da impianto. Per aumentare le conoscenze sui meccanismi d’azione alla base delle più comuni patologie e sui fattori prognostici che condizionano il successo o il fallimento di impianti od altri trattamenti ricostruttivi, con sempre maggiore attenzione vengono allestite colture e co-colture cellulari da tessuti di soggetti di età avanzata o affetti dalle più comuni patologie che si riscontrano nei pazienti ortopedici. Questo approccio permette, non solo lo studio delle alterazioni fisiopatologiche cellulari ma, soprattutto, la valutazione delle tecniche terapeutiche innovative riproducendo il più possibile la situazione clinica già nella fase in vitro delle ricerche.

L’attività di ricerca prevede anche l’allestimento di costrutti ingegnerizzati nel Settore di Ingegneria Tessutale, attraverso la semina e la coltura di cellule differenziate e non, su scaffold tridimensionali biocompatibili. Successivamente, viene effettuata la valutazione della colonizzazione e differenziamento cellulari,della produzione di matrice extracellulare, delle acquisite proprietà meccaniche e la conseguente biofunzionalità ed efficacia terapeutica preclinica se inseriti in un modello patologico. Inoltre, presso il Settore di Ingegneria Tessutale vengono preparati e valutati per il successivo impianto stimolatori biologici quali cellule staminali mesenchimali di varia origine, plasma ricco di piastrine ed altre molecole segnale.

Nel Settore di Morfologia e Analisi Biochimiche vengono eseguiti studi di biologia molecolare, test immunoistochimici, immunoenzimatici e biochimici (su surnatanti, lisati cellulari e liquidi biologici quali siero, plasma, liquido sinoviale, ecc) per il dosaggio d proteine, enzimi, fattori di crescita, citochine. Inoltre, viene studiata la morfologia cellulare anche a livello ultrastrutturale utilizzando la microscopia elettronica a trasmissione ed a scansione in collaborazione con altri Laboratori IOR. Infine, presso questo Settore si esegue il test di Ames per la valutazione della genotossicità dei biomateriali.

Presso il Settore Istologia vengono allestiti preparati istologici di vari tessuti sia decalcificati che mineralizzati. E possibile lo studio di tessuto osseo in presenza di impianti protesici per analisi di osteointegrazione e reazione tessutale agli impianti. I campioni e le sezioni istologiche vengono sottoposti ad ulteriori valutazioni quantitative quali ad esempio l’istomorfometria e la microdurimetria.

Nel Settore di Istomorfometria, Microarchitettura Biomateriali Osso vengono eseguite misurazioni istomorfometriche di biomateriali, scaffolds e tessuti biologici attraverso l’utilizzo di programmi per l’analisi di immagine per studiare e misurare la morfologia di tessuti e materiali, la reazione tessutale agli impianti, le proprietà osteoinduttive, osteoconduttive ed osteointegrative di biomateriali, protesi o dispositivi per l’ingegneria tessutale,  la fisiopatologia e la riparazione dei tessuti dell’apparato muscolo scheletrico a seguito di patologie o trattamenti innovativi. Tecniche quantitative istomorfometriche sia statiche che dinamiche (attraverso marcatori fluorescenti) vengono adottate per misurare reazione infiammatoria, spessore e qualità della capsula fibrosa attorno a biomateriali impiantati nei tessuti, la percentuale di osteointegrazione dei biomateriali (“affinity index”, “bone ingrowth” e “mirror area”), la percentuale di riparazione tessutale a seguito di una lesione utilizzando score istomorfometrici e misurando vari parametri a seconda del tessuto di interesse. Per il tessuto osseo si segnalano: numero, spessore, separazione delle trabecole, spessore osso corticale, quantità di osso neoformato, volume di osteoide, indici dinamici di formazione e mineralizzazione ossea e la vascolarizzazione tessutale. Per il tessuto cartilagineo a seconda della patologia acuta o cronica, oltre all’impiego di affidabili score istomorfometrici semiquantitativi,  si utilizzano misure su spessore cartilagine articolare,  indice di fibrillazione, spessore ed analisi dell’osso sub condrale. Inoltre, nel  Settore di Istomorfometria, Microarchitettura Biomateriali Osso vengono eseguite valutazioni istomorfometriche tridimensionali su morfologia e colonizzazione cellulare di scaffolds, tessuti biologici mineralizzati, vascolarizzazione di organi e tessuti utilizzando una microtomografia computerizzata  di ultima generazione (SkyScan 1172).

Vengono effettuate analisi per caratterizzare biomateriali, scaffold e dispositivi in fase pre-impianto che all’espianto. In particolare:

• analisi di biomateriali prima dell’impianto per valutarne porosità o caratteristiche meccaniche;
• analisi di impianti metallici, utilizzati di frequente sia in ortopedia che in odontoiatria, in cui è di primaria importanza lo studio della crescita ossea attraverso la rigenerazione e l’osteointegrazione;
• analisi di impianti polimerici o ceramici per la rigenerazione di difetti e perdite di sostanze ossee;
• studio della morfologia dell’osso, estremamente importante perché numerose patologie ne alterano la microarchitettura (osteoporosi e altre patologie o terapie che influenzano il tessuto osseo). Inoltre, dopo l’impianto di un biomateriale è importante non solo valutare quantitativamente la crescita ossea, ma anche la qualità dell’osso rigenerato. Oltre alle analisi istomorfometriche 3D, vengono creati, partendo dalle sezioni micro-CT,  modelli tridimensionali virtuali che forniscono visualizzazioni realistiche del campione di grande utilità anche per comprenderne appieno le strutture.

I modelli possono venire utilizzati per creare filmati dell’oggetto analizzato in movimento o come base per prototipi in ingegneria tessutale.

Presso il Settore di Fisiopatologia Meccanica Sperimentale vengono eseguiti test meccanici su tessuto muscolo scheletrico. In particolare, con la microdurimetria viene misurata la mineralizzazione del tessuto osseo e con  i test di “torque di estrazione” e “push-out” l’osteointegrazione meccanica dei biomateriali da impianto. Infine test di torsione e di “bending” permettono di studiare meccanicamente il grado di riparazione di fratture e perdite di sostanza ossee.