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Explorando o papel da matriz lipídico-proteica-mineral na biomineralização óssea: uma abordagem biofísica empregando-se filmes automontados

Processo: 17/20846-2
Linha de fomento:Bolsas no Brasil - Doutorado
Vigência (Início): 01 de fevereiro de 2018
Vigência (Término): 31 de janeiro de 2022
Área do conhecimento:Ciências Exatas e da Terra - Química - Físico-química
Pesquisador responsável:Ana Paula Ramos
Beneficiário:Marcos Antonio Eufrásio Cruz
Instituição-sede: Faculdade de Filosofia, Ciências e Letras de Ribeirão Preto (FFCLRP). Universidade de São Paulo (USP). Ribeirão Preto , SP, Brasil
Assunto(s):Química de interfaces   Biomateriais   Colágenos fibrilares   Hidroxiapatita   Biomineralização   Osso e ossos   Monocamadas de Langmuir

Resumo

A biomineralização óssea é um rebuscado processo mediado e controlado por células que culmina na construção de uma matriz híbrida altamente hierárquica. O bloco construtor dessa matriz são as fibrilas de colágeno mineralizadas por cristais de hidroxiapatita (HAp), um tipo de fosfato de cálcio. A origem dos cristais de HAp durante a formação do tecido ósseo é atribuída à ação das Vesículas da Matriz (VM). Essas vesículas lipídicas são excretadas por células osteogênicas e hospedam o maquinário bioquímico necessário para a origem e transporte de íons Ca2+ e PO43- que são utilizados na precipitação da HAp. No interior das VM, a matriz lipídica atua como centro nucleador para a formação de cristais de HAp, que são liberados para o meio extracelular, atuando assim na propagação da mineralização das fibrilas de colágeno. Apesar de atualmente entendermos o papel das VM na origem da fase mineral do tecido ósseo e compreendermos as interações HAp-colágeno que definem a estrutura do tecido ósseo, pouco se sabe sobre a relação entre as VM e a propagação da mineralização das fibrilas de colágeno. Nossa hipótese é que após a ruptura das VM, complexos lipídeo-mineral são liberados ao meio extracelular, que então interagem com as fibrilas de colágeno, levando à propagação da cristalização de HAp no interior das fibrilas. Para acessarmos essa hipótese, nesse projeto utilizaremos técnicas do "estado-da-arte" em Biofísica para caracterizarmos a estrutura do complexo lipídeo-mineral e a sua habilidade em propagar a biomineralização das fibrilas de colágeno. Utilizando-se monocamadas de Langmuir com lipídeos majoritariamente presentes nas VM (fosfatidilcolina, fosfatidilserina, colesterol, esfingomielina), investigaremos a formação de complexos lipídeo-mineral, relacionando propriedades da matriz orgânica (composição, estrutura) e a fase mineral formada após diferentes tempos de reação. Esperamos poder identificar com resolução molecular os caminhos induzidos pela matriz lipídica que levam à precipitação de HAp, obtendo uma visão termodinâmica e cinética da cristalização no interior das VM. Uma vez identificada a natureza e a habilidade em nucleação dos complexos lipídeo-mineral, avaliaremos então o seu papel na propagação da mineralização de fibrilas de colágeno por HAp em matrizes hierárquicas, mimetizando assim a formação do tecido ósseo. A formação de filmes automontados de colágeno, altamente ordenados, foi alvo de investigação no projeto BEPE do aluno, desenvolvido sob supervisão do Prof. Seung-Wuk Lee, na Universidade da Califórnia-Berkeley, durante o mestrado. Agora, o aluno fará uso deste aprendizado no estudo de mineralização deste filme no presente projeto. Espera-se que ao final desse projeto uma nova visão da biomineralização óssea possa ser apresentada, com aplicações que vão desde à clínica ao desenvolvimento de materiais sintéticos bioinspirados. (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)
CRUZ, MARCOS A. E.; FERREIRA, CLAUDIO R.; TOVANI, CAMILA B.; DE OLIVEIRA, FLAVIA A.; BOLEAN, MAYTE; CASELI, LUCIANO; MEBAREK, SAIDA; MILLAN, JOSE LUIS; BUCHET, RENE; BOTTINI, MASSIMO; CIANCAGLINI, PIETRO; RAMOS, ANA PAULA. Phosphatidylserine controls calcium phosphate nucleation and growth on lipid monolayers: A physicochemical understanding of matrix vesicle-driven biomineralization. Journal of Structural Biology, v. 212, n. 2 NOV 1 2020. Citações Web of Science: 0.

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