Figura 1: a) Rappresentazione schematica del Bioreattore. b) Schema del circuito di coltura. c) Rapporto della velocità del mezzo di coltura, degli stress meccanici e della concentrazione di O2 in 3 tipi di coltura: CD (coltura statica), PD (coltura statica), BIOREATTORE (coltura dinamica).

BIOREATTORE DINAMICO PER LA COLTURA DEL TESSUTO CORTICALE OVARICO

La coltura in vitro del tessuto ovarico rappresenta una delle frontiere più promettenti nella medicina riproduttiva con l'obiettivo di utilizzare la riserva di follicoli primordiali per ottenere ovociti maturi, potenzialmente vitali ed utilizzabili per le tecniche di procreazione medicalmente assistita. 

Tuttavia, l'efficacia delle tecniche di coltura statica tradizionali si è dimostrata limitata.

Il tessuto ovarico, quando coltivato in condizioni statiche, non riesce a beneficiare di una perfusione di ossigeno sufficiente né di una stimolazione meccanica adeguata, entrambi fattori cruciali per la sua funzione fisiologica. In risposta a queste sfide, è stato sviluppato un bioreattore dinamico che sfrutta un design innovativo per migliorare il trasporto di ossigeno [1] ai tessuti e simulare le sollecitazioni meccaniche che si verificano nel microambiente naturale dell'ovaio.

L’innovazione principale di questo bioreattore risiede nella sua capacità di applicare forze meccaniche dinamiche sui tessuti ovarici, come deformazioni compressive e il continuo flusso di terreno di coltura che stimolano il metabolismo e favoriscono la vitalità del follicolo.

Il bioreattore dinamico è stato progettato per coltivare per sette giorni strisce di tessuto corticale ovarico bovino ed umano fresco o riscaldato. [2]

Gli esperimenti hanno evidenziato che la coltura in vitro del tessuto ovarico umano e bovino in bioreattori dinamici ha mostrato un aumento della progressione follicolare, un miglioramento nella qualità e nella vitalità dei follicoli con un aumento della secrezione di steroidi e una migliore salute generale dei tessuti rispetto alle tecniche statiche. [3] 

Questo suggerisce che l'uso di sistemi dinamici potrebbe rappresentare una svolta nel campo della coltura del tessuto ovarico soprattutto grazie alla maggiore disponibilità di ossigeno e all'applicazione di forze meccaniche che simulano più da vicino il microambiente naturale dell'ovaio.

I risultati di questi studi aprono nuove prospettive per la coltura in vitro del tessuto ovarico e la maturazione degli ovociti. L'introduzione di bioreattori dinamici potrebbe rivoluzionare la medicina riproduttiva, permettendo un utilizzo più efficiente della riserva follicolare e migliorando le possibilità di successo nei trattamenti di fecondazione assistita. 

Figura 2: Prova stampa e materiali

Figura 3: Prove in Silico dell’effetto del flusso del terreno sulle strip ovariche

Referenze

[1] Talevi R, Sudhakaran S, Barbato V, Merolla A, Braun S, Di Nardo M, Costanzo V, Ferraro R, Iannantuoni N, Catapano G, Gualtieri R. Is oxygen availability a limiting factor for in vitro folliculogenesis? PLoS One. 2018 Feb 9;13(2):e0192501. doi: 10.1371/journal.pone.0192501. PMID: 29425251; PMCID: PMC5806880.

[2] Barbato V, Genovese V, De Gregorio V, Di Nardo M, Travaglione A, De Napoli L, Fragomeni G, Zanetti EM, Adiga SK, Mondrone G, D'Hooghe T, Zheng W, Longobardi S, Catapano G, Gualtieri R, Talevi R. Dynamic in vitro culture of bovine and human ovarian tissue enhances follicle progression and health. Sci Rep. 2023 Jul 21;13(1):11773. doi: 10.1038/s41598-023-37086-0. PMID: 37479791; PMCID: PMC10361967.

[3] Fragomeni G, De Napoli L, De Gregorio V, Genovese V, Barbato V, Serratore G, Morrone G, Travaglione A, Candela A, Gualtieri R, Talevi R, Catapano G. Enhanced solute transport and steady mechanical stimulation in a novel dynamic perifusion bioreactor increase the efficiency of the in vitro culture of ovarian cortical tissue strips. Front Bioeng Biotechnol. 2024 Feb 8;12:1310696. doi: 10.3389/fbioe.2024.1310696. PMID: 38390358; PMCID: PMC10882273.