Nanopartículas contendo estrôncio e sua versatilidade na fabricação de biomateriais: implicações e aplicações em biomineralização

• Processo: 19/25054-2
• Linha de fomento: Auxílio à Pesquisa - Regular
• Vigência: 01 de novembro de 2020 - 31 de outubro de 2022
• Área do conhecimento: Ciências Exatas e da Terra - Química - Físico-química
• Pesquisador responsável: Ana Paula Ramos
• Beneficiário: Ana Paula Ramos
• Instituição-sede: Faculdade de Filosofia, Ciências e Letras de Ribeirão Preto (FFCLRP). Universidade de São Paulo (USP). Ribeirão Preto , SP, Brasil
• Pesq. associados: Alma Blasida Concepcion Elizaur Benitez Catirse ; Pietro Ciancaglini
• Assunto(s): Biomateriais Biomineralização Estrôncio Flavonoides Hidroxiapatita Regeneração óssea Físico-química de superfícies

Resumo

Biominerais são comumente encontrados na natureza na forma de compostos híbridos orgânico-inorgânico, nos quais a parte orgânica é principalmente composta por proteínas e/ou polissacarídeos. Por sua vez, na porção inorgânica podemos destacar a presença de carbonatos e fosfatos de cálcio, principalmente na forma de hidroxiapatita (Ca10(PO4)6(OH)2) (HAp) e sílica (SiO2). O processo pelo qual estes minerais com características únicas são formados é chamado biomineralização e pode servir de inspiração natural para a confecção de biomateriais biomiméticos aptos a serem aplicados in vivo.Um exemplo clássico do processo de biomineralização é a formação de ossos e dentes em vertebrados. Os ossos são compostos híbridos compostos, principalmente, por HAp não-estequiométrica, chamada apatita biológica e colágeno tipo-I. O processo complexo de formação deste tecido tem sido descrito na literatura sob o ponto de vista biológico que considera o mecanismo enzimático envolvido na formação de vesículas de matriz (MV) a partir de células ósseas e sob o ponto de vista inorgânico que considera o meio fisiológico supersaturado, principalmente em íons cálcio e fosfato, para a precipitação de HAp, que encontra na parede celular uma matriz ordenada que fornece pontos de ligação iniciais para organização do retículo cristalino de minerais, com crescimento guiado por fibrilas de colágeno. O ponto comum desses modelos é a necessidade de um meio confinado tridimensional que favoreça nucleação de cristais por supersaturação local guiada por uma matriz orgânica. Este processo complexo esta ainda longe de ser completamente elucidado e, além de seu interesse no processo biológico, fornece informações importantes para a fabricação de novos materiais visando aplicações no reparo e substituição óssea que servirão como inspiração na presente proposta. Apatita biológica possui baixa cristalinidade e difere da HAp sintética também em estequiometria, em especial, devido às possíveis substituições iônicas observadas em meio fisiológico. Wang et al. mostraram que além do meio confinado gerado pelo ordenamento do colágeno, características estruturais da apatita biológicas também estão relacionadas com essas substituições.11 Dentre as principais substituições temos íons fosfato sendo substituídos por carbonatos (substituição tipo B) 12,13. Este tipo de substituição esta relacionada com propriedades como alta reatividade de ossos recém-formados, aumento na deposição sobre colágeno a alta reabsorção quando comparada com HAp estequiométrica ou substituições tipo-A (nos grupos OH).14,15. Substituições catiônicas também são observadas na apatita biológica. Íons Mg2+, Zn2+ e Sr2+ são os principais substitutos de Ca2+ nesse biomineral. As características químicas e estruturais da apatita biológica a tornam padrão ouro em regeneração óssea e inspiração para a síntese de biomateriais. Neste projeto, focaremos na síntese de apatitas biomiméticas com foco na importância das substituições por Sr2+ e seu papel na confecção de novos biomateriais, unindo aspectos básicos relacionados à composição e estrutura na precipitação biomimética de nanopartículas de Sr-HAp, síntese de complexos flavonóides-Sr2+ potencialmente aplicáveis como fármacos em terapias ósseas. De forma a evidenciar o potencial tecnológico da proposta, as nanopartículas e complexos serão utilizados para confecção de biomateriais aplicáveis em odontologia e medicina. Para isso, foi montada uma equipe multidisciplinar composta por químicos, dentistas e farmacêuticos, que conta ainda com dois colaboradores estrangeiros reconhecidos pela sua experiência em biomineralização. Por fim, o efeito desses biomateriais na atividade de células importantes no processo de formação óssea como osteoblastos, osteoclastos e condrócitos será estudado sob o ponto de vista de expressão gênica na tentativa de elucidação de seus mecanismos de ação, tema ainda pouco explorado em materiais contendo Sr2+. (AU)

Publicações científicas

(Referências obtidas automaticamente do Web of Science e do SciELO, por meio da informação sobre o financiamento pela FAPESP e o número do processo correspondente, incluída na publicação pelos autores)

MARCOS A.E. CRUZ; CLAUDIO R. FERREIRA; LUCAS F. B. NOGUEIRA; LUIZ H.S. ANDRILLI; ANA LARA N. DOS SANTOS; JEFERSON M. M. MACEDO; EKEVELINY A. VESCHI; BRUNO Z. FAVARIN; HEITOR G. SEBINELLI; MAYTE BOLEAN; et al. ASPECTOS QUÍMICOS DA BIOMINERALIZAÇÃO ÓSSEA. Química Nova, v. 45, n. 5, p. 578-593, 2022-07-22. (19/25054-2, 17/20846-2, 19/08568-2)

TOMAZELA, LARISSA; EUFRASIO CRUZ, MARCOS ANTONIO; NASCIMENTO, LARISSA AINE; FAGUNDES, CECILIA C.; DA VEIGA, MARCIA ANDREIA MESQUITA S.; ZAMARIOLI, ARIANE; BOTTINI, MASSIMO; CIANCAGLINI, PIETRO; BRASSESCO, MARIA SOL; ENGEL, EDGARD E.; et al. abrication and characterization of a bioactive polymethylmethacrylate-based porous cement loaded with strontium/calcium apatite nanoparticle. Journal of Biomedical Materials Research Part A, v. 110, n. 4, NOV 2021. (19/25054-2, 17/26742-4)

NOGUEIRA, LUCAS FABRICIO BAHIA; MANIGLIA, BIANCA C.; BUCHET, RENE; MILLAN, JOSE LUIS; CIANCAGLINI, PIETRO; BOTTINI, MASSIMO; RAMOS, ANA PAULA. hree-dimensional cell-laden collagen scaffolds: From biochemistry to bone bioengineerin. JOURNAL OF BIOMEDICAL MATERIALS RESEARCH PART B-APPLIED BIOMATERIALS, v. 110, n. 4, NOV 2021. (19/08568-2, 20/08727-0, 19/25054-2, 18/25871-8)