Desenvolvimento de matrizes tridimensionais poliméricas biomiméticas para investigação da mineralização óssea

Autor(es)

Lucas Fabrício Bahia Nogueira

• 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: 2024-06-11

Membros da banca

Ana Paula Ramos; Fausto Bruno dos Reis Almeida; Massimo Bottini; Luciane Portas Capelo

• Orientador: Ana Paula Ramos

Resumo

Osso, como um tecido duro e dinâmico, passa por remodelação contínua para manter a resistência e a integridade esquelética. É um tecido composto por células competentes de mineralização que estão aderidas a uma matriz extracelular (MEC), composta majoritariamente por colágeno (Col), além de outras macromoléculas não-colagenosas (MNC). Apesar do desenvolvimento de diversas estratégias in vitro para imitar a complexidade da MEC nativa, que varia de nano à microescala, o controle sobre o processo de mineralização orquestrado por células in vivo ainda é um desafio a ser esclarecido. A fisiologia da formação óssea compartilha semelhanças com a mineralização ectópica, que consiste na calcificação de tecidos moles. Esse fenômeno surge devido à transdiferenciação das células residentes nos tecidos conectivos em osteoblastos, células responsáveis pela produção da MEC óssea mineralizada. Devido à complexidade da mineralização fisio e patológica, modelos biomiméticos in vitro têm sido explorados para investigação detalhada desses processos. Além disso, materiais biomiméticos capazes de replicar a complexidade da ECM em tecidos conjuntivos, tanto em condições fisiológicas quanto patológicas, têm potencial como a próxima geração de biomateriais. Esses materiais podem servir como enxertos de tecido artificiais, e também podem ser considerados como uma plataforma para a reproduzir in vitro patologias, facilitando testes de drogas e o desenvolvimento de novas terapias e tratamentos. Nessa perspectiva, esta tese propôs o desenvolvimento de um modelo de cultura 3D de células in vitro inspirado na composição orgânica da ECM encontrada em tecidos conjuntivos, como o osso e os vasos sanguíneos, para avaliar como essa matriz orgânica influencia, tanto as condições fisiológicas quanto as patológicas, a interação e a atividade das células, principalmente na aquisição de um fenótipo calcificante. Entre todas as MNC, o papel dos glicosaminoglicanos (GAGs) na composição da MEC foi investigado a partir do uso da κ-carragena (κ-carr), como uma alternativa adequada para imitar seu papel em fornecer estimulos bioquímicos para as células adquirirem um fenótipo mineralizante. Além de suas semelhanças químicas e estruturais com as GAGs, esse polissacarídeo tem a vantagem de ser extraído de fontes renováveis e possuir excelentes propriedades de gelificantes. A ausência de citotoxicidade da κ-carr foi avaliada a partir da produção de nanopartículas poliméricas que mostraram eficiência na capacidade de transportar e liberar curcumina em culturas de osteoblastos. A incorporação de κ-Carr em matrizes 3D à base de colágeno estimulou tanto a maturação quanto a transdiferenciação das células para adquirir um fenótipo mineralizante. A versatilidade dessas MECs biomiméticas foi explorada em sua interação com vesículas da matriz (VMs), que são secretadas por células que expressam o fenótipo mineralizante, e desempenham um papel crucial na deposição da fase mineral na matriz orgânica. Assim, o desenvolvimento desses modelos biomiméticos tem o potencial de aplicação na investigação de alvos terapêuticos, auxiliando na prevenção de doenças. Isso inclui o isolamento de células de pacientes em ambientes clínicos e seu cultivo em matrizes 3D orgânicas, permitindo a personalização de tratamentos e reduzindo a dependência de testes em animais. (AU)

• Processo FAPESP: 18/25871-8 - Scaffolds constituídos por vidros bioativos e matrizes injetáveis para regeneração óssea
• Beneficiário: Lucas Fabrício Bahia Nogueira
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado