Desenvolvimento de modelos biomiméticos para investigação do papel do estrôncio na mineralização óssea

Autor(es)

Camila Bussola Tovani

• Tipo de documento: Tese de Doutorado
• Imprenta: Ribeirão Preto.
• Instituição: Universidade de São Paulo (USP). Faculdade de Filosofia, Ciências e Letras de Ribeirão Preto (PCARP/BC)
• Data de defesa: 2020-06-01

Membros da banca

Ana Paula Ramos; Celso Aparecido Bertran; Vera Regina Leopoldo Constantino; Rogéria Rocha Gonçalves

• Orientador: Ana Paula Ramos

Resumo

Íons estrôncio (Sr2+) são o componente ativo do fármaco ranelato de estrôncio, uma droga que reduz fraturas vertebrais e não-vertebrais em pacientes com osteoporose. Isso, por sua vez, tem incentivado a incorporação deste íon em biomateriais e moléculas orgânicas visando à regeneração óssea. No entanto, os mecanismos envolvidos na ação osteogênica do Sr2+, bem como os possíveis efeitos resultantes de seu acúmulo no tecido, são raramente considerados. Estudos clínicos relatam o desenvolvimento de mineralização patológica devido ao excesso de Sr2+ reforçando a necessidade de investigações mais profundas sobre a ação desse íon no nível molecular do osso. Nesse sentido, esta tese apresenta um estudo abrangente dos impactos de Sr2+ nas propriedades estruturais do tecido ósseo, compreendendo os componentes orgânicos e inorgânicos tais como apatita e colágeno. Três modelos biomiméticos foram estabelecidos: (i) apatita carbonatada exibindo as principais características estruturais descritas no mineral ósseo, isto é, cristais com morfologia em forma de placa e orientação cristalográfica preferencial ao longo do eixo c; (ii) matrizes de colágeno densas, organizadas e mineralizadas que reproduzem a hierarquia do osso no nível do tecido e (iii) membranas de policarbonato com poros cilíndricos e nanométricos que reproduzem os espaços confinados onde a biomineralização ocorre. Embora a substituição de Ca2+ por Sr2+ em apatitas sintéticas seja comumente descrita como isomórfica para toda a faixa de concentração, inesperadamente observamos uma fase secundária em concentrações intermediárias de Sr2+. Caracterizada como fosfato de cálcio amorfo rico em Sr2+ [Sr(ACP)], esta fase forma-se juntamente com apatita substituída com Sr2+. Este resultado questiona o conhecimento atual sobre a substituição de Ca2+ por Sr2+ em apatitas sintéticas. Ainda, a formação de [Sr(ACP)] pode ser vista como uma evidência da interferência físico-química do Sr2+ na formação de apatita óssea como observado em patologias decorrentes de altas concentrações deste íon. Também foi demonstrado que em elevadas concentrações de Sr2+ ocorre a desestabilização do arranjo supramolecular das fibrilas de colágeno, que são as estruturas básicas da matriz orgânica óssea. O uso de meio confinado forneceu informações sobre os estágios iniciais da mineralização de apatita, mostrando que Sr2+ e confinamento agem em sinergismo para estabilizar os intermediários cinéticos deste mineral. Todos esses resultados foram obtidos com base em diversas de técnicas de caracterização tais como microscopia eletrônica de transmissão, difração de elétrons, espectroscopia por perda de energia de elétrons, ressonância magnética nuclear de estado sólido e espectroscopia Raman. De forma geral, os resultados apresentados nesta tese fornecem novas informações do ponto de vista físico-químico para a compreensão dos múltiplos efeitos do Sr2+ no tecido ósseo. (AU)

• Processo FAPESP: 14/24249-0 - Associação de proteínas osteogênicas a biominerais e óxidos metálicos dopados com terras-raras: interação com sistemas modelo de membrana
• Beneficiário: Camila Bussola Tovani
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado Direto