Hipóxia induzida por cobalto como estratégia biomimética para o desenvolvimento de biomateriais avançados

• Processo: 22/15157-1
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Regular
• Data de Início da vigência: 01 de março de 2023
• Data de Término da vigência: 28 de fevereiro de 2026
• Área do conhecimento: Ciências Biológicas - Bioquímica - Química de Macromoléculas
• Pesquisador responsável: Willian Fernando Zambuzzi
• Beneficiário: Willian Fernando Zambuzzi
• Instituição Sede: Instituto de Biociências (IBB). Universidade Estadual Paulista (UNESP). Campus de Botucatu. Botucatu , SP, Brasil
• Município da Instituição Sede: Botucatu
• Assunto(s): Hipóxia Cobalto Biomateriais Biomimética Biotecnologia Nanotecnologia Angiogênese Osso e ossos
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: angiogenesis | biotecnologia | hipóxia | hydroxyapatite | nanotechnology | Osso | Bioquímica

Resumo

Apesar de aparentar ser estático, o tecido ósseo é altamente dinâmico, com capacidade reconhecida de remodelamento e regeneração ao longo da vida dos vertebrados; atividade essa controlada pelo acoplamento entre osteoblastos e osteoclastos. Em caso de lesões extensas, de tamanho crítico, há necessidade de material de suporte para contribuir com eventos de reparo/regeneração do tecido, requerendo o uso clínico de biomateriais, como é o caso de biomateriais metálicos e cerâmicos. Com o crescimento e envelhecimento populacional, novas ligas metálicas aparecem para aprimorar questões clínicas e reduzir o tempo de recuperação do paciente, processo que busca desenvolver efetiva osteointegração e suprimento vascular para resultar em cicatrização adequada dos tecidos periimplantares. Nosso grupo tem mostrado que estas ligas metálicas não são inertes ao tecido; mostramos ainda que estas liberam elementos químicos capazes de alterar células à distância, potencializando eventos biológicos no tecido ao redor do implante e não apenas nas células aderidas à sua superfície. O fato de liberar elementos ativos para atividade celular, faz necessário uma melhor compreensão desses eventos, tais quais aqueles que acoplam angiogênese e osteogênese. Neste caso, ainda, faremos uso de lições a partir da literatura que nos mostram poder de hipóxia do Cobalto, o que poderá intensificar a capacidade de vasculogênese periimplantar. Para testar essa hipótese, faremos uso de ensaios in vitro na Etapa I, os quais já padronizados no LaBIO, Depto de Ciências Químicas e Biológicas, utilizando células endoteliais e osteoblastos. Neste caso trabalharemos com CoCl2, para um melhor controle da concentração citotóxica do Co, bem como desvendar as vias de sinalização envolvidas (sobrevivência e inflamatória). Será verificado, ainda, o poder hipoxiante do CoCl2, através do monitoramento do HIF1alpha, bem como a participação da via de proteassoma nessa resposta. Eventualmente, como HIF1alpha é degradado pelo proteassoma quando em condições de normóxia, desafiaremos as células com o CoCl2 na presença do inibidor de proteassoma MG32 para verificar o potencial efeito desse inibidor em processos de osteogênese. Na Etapa II, faremos uso dos dados obtidos na Etapa I para propor uma melhor concentração de CoCl2 para síntese de um novo biomaterial cerâmico, a base de Hidroxiapatita (já temos a expertise para sintetizar HA) e, desta maneira, teremos uma HA dopada com Co. Destaca-se que este novo biomaterial será caracterizado físico-quimicamente. Posteriormente, na ETAPA III, faremos ensaios in vivo destes materiais, buscando compreender, histologicamente, a capacidade osteo-reparadora deste novo material proposto. Para estes testes, faremos uso de ratos (Rattus norvegicus), os quais serão submetidos a testes biológicos muito bem descritos na literatura, como é o caso do implante subcutâneo do material, bem como no preenchimento de lesão crítica experimentalmente confeccionada na calota craniana destes animais de experimentação. Os ensaios in vitro nos darão parâmetros importantes ao uso racional destes animais, dentro dos ensinamentos da política dos 3Rs. Este trabalho nos auxiliará a desenvolver protocolos prévios de síntese e combinações, proporcionando novas rotas alternativas à prática clínica e otimizando aplicações do biomaterial em injúrias do tecido ósseo. (AU)

Publicações científicas

(7)

(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)

FERNANDES, CELIO JUNIOR DA C.; DE ALMEIDA, GERSON SANTOS; WOOD, PATRICIA FRETES; GOMES, ANDERSON M.; BEZERRA, FABIO J.; VIEIRA, JOSE C. S.; PADILHA, PEDRO M.; ZAMBUZZI, WILLIAN F.. Mechanosignaling-related angiocrine factors drive osteoblastic phenotype in response to zirconia. JOURNAL OF TRACE ELEMENTS IN MEDICINE AND BIOLOGY, v. 81, p. 9-pg., 2023-11-23. (22/15157-1)

MAURICIO, DANILO CERVANTES; GONCALVES, VINICIUS RICHIERI MANSO; TORRENTO, JHULIENE ELEN MURO; PINTAO, CARLOS ALBERTO FONZAR; GRANDINI, CARLOS ROBERTO; AFONSO, CONRADO RAMOS MOREIRA; DE ALMEIDA, GERSON SANTOS; ZAMBUZZI, WILLIAN FERNANDO; CORREA, DIEGO RAFAEL NESPEQUE. In-situ production of a biomedical metal-matrix composite based on a high entropy alloy reinforced with TiC and TiB. JOURNAL OF MATERIALS RESEARCH AND TECHNOLOGY-JMR&T, v. 35, p. 11-pg., 2025-03-01. (23/09532-7, 22/15157-1, 24/01132-2, 24/03148-3, 24/03886-4, 21/13921-3)

DE ALMEIDA, GERSON SANTOS; SUTER, LUISA CAMILO; PINTO, THAIS SILVA; CARRA, MARIA GABRIELA JACHETO; FELTRAN, GEORGIA DA SILVA; DE MORAES, JULIA FERREIRA; CORREA, DIEGO RAFAEL NESPEQUE; SAEKI, MARGARIDA JURI; LISBOA-FILHO, PAULO NORONHA; ZAMBUZZI, WILLIAN FERNANDO. The Biological Properties of Co-Doped Monetite Are Influenced by Thermal Treatment. JOURNAL OF BIOMEDICAL MATERIALS RESEARCH PART B-APPLIED BIOMATERIALS, v. 113, n. 2, p. 21-pg., 2025-02-01. (19/26854-2, 24/03886-4, 22/15157-1)

MACHADO, MARIANA ISSLER PINHEIRO; GOMES, ANDERSON MOREIRA; ZAMBUZZI, WILLIAN FERNANDO. Hypoxia modulates the phenotype of mechanically stressed endothelial cells responding to CoCr-enriched medium. JOURNAL OF TRACE ELEMENTS IN MEDICINE AND BIOLOGY, v. 82, p. 6-pg., 2023-12-12. (19/26854-2, 22/15157-1)

GOMES, ANDERSON M.; DA SILVA, DANIELLE F.; BEZERRA, FABIO J.; ZAMBUZZI, WILLIAN F.. Nanohydroxyapatite-Coated Titanium Surface Increases Vascular Endothelial Cells Distinct Signaling Responding to High Glucose Concentration. JOURNAL OF FUNCTIONAL BIOMATERIALS, v. 14, n. 4, p. 11-pg., 2023-04-01. (22/15157-1)

ZAMBUZZI, WILLIAN FERNANDO; FERREIRA, MARCEL RODRIGUES. Dynamic ion-releasing biomaterials actively shape the microenvironment to enhance healing. JOURNAL OF TRACE ELEMENTS IN MEDICINE AND BIOLOGY, v. 89, p. 12-pg., 2025-04-17. (22/15157-1)

GONCALVES, VINICIUS RICHIERI MANSO; CORREA, DIEGO RAFAEL NESPEQUE; CARDOSO, GIOVANA COLLOMBARO; DE ALMEIDA, GERSON SANTOS; ZAMBUZZI, WILLIAN FERNANDO; AFONSO, CONRADO RAMOS MOREIRA; LISBOA-FILHO, PAULO NORONHA; GRANDINI, CARLOS ROBERTO. Micro-arc oxidation treatment applied on the surface of β Ti-Nb matrix composites as a strategy to modulate cellular behavior. SURFACE & COATINGS TECHNOLOGY, v. 506, p. 15-pg., 2025-06-15. (18/00746-6, 18/18293-8, 15/50280-5, 24/00306-7, 22/15157-1, 24/03886-4)