Wnt signaling controls pro-regenerative Collagen XII in functional spinal cord regeneration in zebrafish

The inhibitory extracellular matrix in a spinal lesion site is a major impediment to axonal regeneration in mammals. In contrast, the extracellular matrix in zebrafish allows substantial axon re-growth, leading to recovery of movement. However, little is known about regulation and composition of the growth-promoting extracellular matrix. Here we demonstrate that activity of the Wnt/beta-catenin pathway in fibroblast-like cells in the lesion site is pivotal for axon re-growth and functional recovery. Wnt/beta-catenin signaling induces expression of col12a1a/b and deposition of Collagen XII, which is necessary for axons to actively navigate the non-neural lesion site environment. Overexpression of col12a1a rescues the effects of Wnt/beta-catenin pathway inhibition and is sufficient to accelerate regeneration. We demonstrate that in a vertebrate of high regenerative capacity, Wnt/beta-catenin signaling controls the composition of the lesion site extracellular matrix and we identify Collagen XII as a promoter of axonal regeneration. These findings imply that the Wnt/beta-catenin pathway and Collagen XII may be targets for extracellular matrix manipulations in non-regenerating species

Bio-inspired organized structures guiding nerve regeneration

Autologous nerve grafting is the current gold standard treatment for peripheral nerve injury, in cases where direct suturing of nerve ends is not possible. Even though the functional restoration achieved by the autograft is not optimal, autologous nerve tissues still show higher regenerative capability than several synthetic conduits available in the clinical setting, the latter used only for gaps that do not exceed 3 cm in length. The aim of this chapter is to highlight how bio-mimicry, inspired by nerve development, structure and spontaneous regeneration following mild nerve injury, can help in the design of synthetic templates with optimized bioactivity for nerve regeneration

Studio della microporosità di scaffold in collagene per la rigenerazione del midollo spinale

Le lesioni del midollo spinale nell’uomo sono molto eterogenee. L’incapacità di rigenerazione del midollo lesionato è attribuita all’instaurarsi di un ambiente inibitorio e alla formazione di una cicatrice gliale che funge da barriera chimica e meccanica alla rigenerazione assonale. L’impianto di scaffold microporosi rappresenta una valida strategia per guidare la rigenerazione, nel tentativo di ripristinare i collegamenti con i target di innervazione e promuovere il recupero funzionale. Porosità, distribuzione delle dimensioni dei pori, area superficiale specifica, interconnettività ed orientazione dei pori sono parametri cruciali che influenzano la bioattività dello scaffold. Lo scopo del presente lavoro è quello di modulare e caratterizzare la struttura microporosa di scaffold cilindrici in collagene, con porosità orientata in direzione longitudinale o assiale, destinati ad uno studio sulla rigenerazione del midollo spinale. Gli scaffold (3mm diametro, 3 cm lunghezza) sono stati realizzati mediante freezing unidirezionale di sospensioni di collagene di tipo I da derma bovino (a diverse concentrazioni), liofilizzazione e reticolazione termica e chimica. La porosità degli scaffold è stata quindi analizzata qualitativamente e quantitativamente mediante microscopia elettronica a scansione e ottica, al fine di determinare morfologia, omogeneità, diametro medio e grado di orientazione dei pori. L’analisi delle sezioni trasversali e longitudinali degli scaffold ha mostrato rispettivamente una distribuzione pressoché omogenea e una buona orientazione uniassiale dei pori per tutte le tipologie di campioni analizzate, evidenziando una leggera diminuzione della dimensione media all’aumentare della concentrazione di collagene utilizzata in fase di sintesi. Tuttavia, si è anche osservato un gradiente crescente del diametro medio dei pori lungo l’asse longitudinale degli scaffold, legato al gradiente di temperatura che si instaura durante il processo di freezing uniassiale. Inoltre, i trattamenti di reticolazione investigati sembrano non influenzare significativamente la microstruttura. Studi futuri saranno rivolti a comprendere l’effetto della microstruttura sul comportamento di cellule neuronali, immortalizzate e primarie, in vitro