Desenvolvimento de scaffolds 3D biomiméticos acelulares para conduzir ossificação endocondral

• Processo: 22/01219-5
• Modalidade de apoio: Bolsas no Exterior - Estágio de Pesquisa - Doutorado
• Data de Início da vigência: 01 de julho de 2022
• Data de Término da vigência: 30 de junho de 2023
• Área de conhecimento: Ciências Exatas e da Terra - Química
• Pesquisador responsável: Ana Paula Ramos
• Beneficiário: Lucas Fabrício Bahia Nogueira
• Supervisor: Massimo Bottini
• Instituição Sede: Faculdade de Filosofia, Ciências e Letras de Ribeirão Preto (FFCLRP). Universidade de São Paulo (USP). Ribeirão Preto , SP, Brasil
• Instituição Anfitriã: Università degli Studi di Roma Tor Vergata, Itália
• Vinculado à bolsa: 18/25871-8 - Scaffolds constituídos por vidros bioativos e matrizes injetáveis para regeneração óssea, BP.DR
• Assunto(s): Bioquímica Biomimética Biomateriais Tecidos suporte Ossificação endocondral Colágeno
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: Biomineralization | Chondrogenesis | collagen | Endochondral ossification | scaffold | Bioquímica

Resumo

Compreender o processo de formação óssea envolve a difícil tarefa de perceber como o tempo e a natureza atuaram harmonicamente em uma associação única entre fosfato de cálcio e colágeno originando um dos biomateriais mais notáveis que já conhecemos. O osso consiste em uma matriz tridimensional (3D) híbrida orgânica/inorgânica porosa, composta principalmente por colágeno, uma variedade de proteínas não-colagenosas e uma fase mineral de fosfato de cálcio, que é formada e regulada pela ação orquestrada de células que incluem condrócitos, osteoblastos, osteócitos e osteoclastos. As interações entre células, proteínas e minerais são essenciais para a constante regeneração do tecido ósseo, responsável pela manutenção de suas funções sob uma variedade de condições de carga fisiológica, traumas e fraturas. Nessa perspectiva, a formação óssea tem sido estudada a partir das interações entre a matriz extracelular (MEC) e a atividade celular considerando dois processos essenciais: ossificação intramembranosa e ossificação endocondral. A ossificação intramembranosa converte diretamente o mesênquima em osso, enquanto a ossificação endocondral é um processo no qual o mesênquima se transforma em cartilagem, eventualmente substituída por osso. A ossificação endocondral está envolvida na cicatrização natural de fraturas ósseas e também é benéfica para a vascularização de implantes ósseos devido à secreção de fatores angiogênicos por condrócitos hipertróficos. Portanto, o objetivo deste projeto BEPE é investigar ainda mais os processos de ossificação desencadeados por scaffolds de colágeno cultivados com células in vitro replicando as propriedades mecânicas e biológicas do osso após a implantação. Inspirados na composição óssea, propomos avaliar o papel de macromoléculas não colagenosas, como os glicosaminoglicanos, na organização da matriz colagenosa e no comportamento celular, especificamente, na capacidade de mineralização das células aprisionadas nesta matriz biomimética. Os condrócitos hipertróficos serão cultivados em matrizes biomiméticas 3D sob condições condrogênicas. Após diferentes tempos de cultivo, o fenótipo dos condrócitos será determinado pela expressão gênica (PCR em tempo real). A mineralização nos scaffolds será avaliada em termos da atividade da fosfatase alcalina inespecífica tecidual (TNAP) e do número de nódulos de mineralização formados por meio de técnicas espectroscópicas e microscópicas. A mineralização também será avaliada em termos da secreção de vesículas extracelulares específicas que se acredita estarem relacionadas com as vias bioquímicas que culminam na mineralização da MEC. Assim, essas vesículas, denominadas vesículas de matriz (MVs), serão extraídas de culturas de condrócitos tanto na presença quanto na ausência das matrizes biomiméticas 3D que serão produzidas neste estudo. A exploração desse modelo biomimético 3D nessas duas condições deve permitir a avaliação do papel das MVs no processo de mineralização da MEC em um ambiente próximo ao tecido ósseo nativo. O professor Massimo Bottini tem experiência tanto em culturas primárias de condrócitos, um campo escasso no Brasil, quanto no estudo do papel das MVs na formação óssea. Assim, ao final deste projeto, esperamos que o modelo proposto promova a compreensão das relações entre células osteogênicas, scaffolds constituídos majoritariamente por colágeno, MVs e deposição mineral e, por sua vez, esclareça as vias bioquímicas que conduzem a biogênese de MVs durante a ossificação endocondral. Além disso, a aquisição de expertise no cultivo de condrócitos abrirá portas para um novo campo de pesquisa e desenvolvimento de biomateriais para regeneração endocondral em nosso grupo no estado de São Paulo. (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)

NOGUEIRA, LUCAS FABRICIO BAHIA; CRUZ, MARCOS ANTONIO EUFRASIO; MELO, MARYANNE TRAFANI DE; MANIGLIA, BIANCA CHIEREGATO; CAROLEO, FABRIZIO; PAOLESSE, ROBERTO; LOPES, HELENA BACHA; BELOTI, MARCIO M.; CIANCAGLINI, PIETRO; RAMOS, ANA PAULA; et al. Collagen/Kappa-Carrageenan-Based Scaffolds as Biomimetic Constructs for In Vitro Bone Mineralization Studies. Biomacromolecules, v. 24, n. 3, p. 9-pg., 2023-02-14. (19/08568-2, 20/08727-0, 22/01219-5, 19/25054-2, 16/25955-1, 18/25871-8, 21/05947-2)