DEVELOPMENT OF AN INJECTABLE AND PRE-VASCULARIZED HYDROGEL FOR THE DELIVERY OF miR-133a LOADED LIPID NANOPARTICLES AS A THERAPEUTIC STRATEGY FOR MYOCARDIAL INFARCTION

L’infarto miocardico (MI) provoca la necrosi irreversibile del tessuto cardiaco a causa della deprivazione di ossigeno conseguente alla riduzione del flusso sanguigno. Il danno ischemico innesca processi infiammatori e un rimodellamento cardiaco avverso. Sebbene le terapie attuali migliorino la prognosi dei pazienti, esse non riescono a ripristinare il miocardio danneggiato, evidenziando la necessità di strategie rigenerative. Questa tesi si concentra sullo sviluppo di un idrogel biocompatibile a base di alginato e collagene per il rilascio terapeutico localizzato nel sito di infarto. Il sistema combina tre componenti fondamentali: cellule endoteliali, fibroblasti e nanoparticelle lipidiche (LNPs) caricate con miR-133a, un microRNA noto per le sue proprietà cardioprotettive, anti-apoptotiche e anti-fibrotiche. L’idrogel funge da impalcatura tridimensionale di supporto che favorisce la vitalità cellulare e la rigenerazione tissutale, consentendo, al contempo, un rilascio controllato e localizzato delle LNPs contenenti miR-133a. L’alginato garantisce la stabilità strutturale, mentre il collagene, principale componente della matrice extracellulare (ECM), migliora l’adesione cellulare e riproduce il microambiente cardiaco naturale. Le cellule endoteliali favoriscono la neovascolarizzazione nell’area ischemica e i fibroblasti contribuiscono al rimodellamento tissutale, supportando insieme la riparazione del miocardio. Le LNPs sono state prodotte mediante tecnologia microfluidica, ottenendo particelle di dimensioni e omogeneità riproducibili. La formulazione è stata ottimizzata per ciò che riguarda la sua liofilizzazione, al fine di preservare la stabilità del miRNA. I saggi di vitalità cellulare hanno confermato la compatibilità delle LNPs sia con le cellule endoteliali sia con i fibroblasti, mentre gli studi di rilascio hanno dimostrato un rilascio controllato del miRNA dall’idrogel, sia in presenza sia in assenza di cellule incorporate. L’idrogel ottimizzato a base di alginato e collagene, caricato con LNPs contenenti miR-133a, ha mantenuto la vitalità cellulare e garantito un rilascio controllato del miRNA, rappresentando una piattaforma promettente per la rigenerazione del tessuto cardiaco e fornendo una solida base per futuri studi preclinici.

Myocardial infarction (MI) leads to the irreversible necrosis of cardiac tissue due to oxygen deprivation following reduced blood flow. The ischemic injury triggers inflammation and adverse cardiac remodeling. Although current therapies improve patient outcomes, they fail to restore the damaged myocardium, highlighting the need for regenerative approaches. This thesis focuses on the development of a biocompatible alginate–collagen hydrogel for localized therapeutic delivery at the infarct site. The system combines three essential components: endothelial cells, fibroblasts, and lipid nanoparticles (LNPs) loaded with miR-133a, a microRNA known for its cardioprotective, anti-apoptotic, and anti-fibrotic properties. The hydrogel acts as a supportive three-dimensional scaffold that promotes cell viability and tissue regeneration while enabling the controlled and localized release of miR-133a-LNPs. Alginate ensures structural stability, whereas collagen, the main component of the extracellular matrix (ECM), enhances cell adhesion and mimics the native cardiac microenvironment. Endothelial cells facilitate neovascularization within the ischemic area, and fibroblasts contribute to tissue remodeling, together supporting myocardial repair. LNPs were produced by microfluidic technology, yielding particles with reproducible size and homogeneity. The formulation was optimized for lyophilization to preserve miRNA stability. Cell viability assays confirmed the compatibility of both endothelial cells and fibroblasts with the LNPs, and release studies demonstrated controlled miRNA delivery from the hydrogel, both with and without embedded cells. The optimized alginate–collagen hydrogel loaded with miR-133a-LNPs maintained cell viability and supported a controlled miRNA release, representing a promising platform for cardiac tissue regeneration and providing a solid basis for future preclinical studies.