Produção de nanobiocompósito contendo nanofibras de celulose para o cultivo de células-tronco mesenquimais e aplicação em reparo ósseo

• Ano de defesa: 2020
• Autor(a) principal: Zanette, Rafaella de Souza Salomão
• Orientador(a): Pereira, Michele Munk
• Banca de defesa: Alvarenga, Érika Lorena Fonseca Costa de , Brandão, Humberto de Mello , Pinto, Priscila de Faria
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade Federal de Juiz de Fora (UFJF)
• Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-graduação em Ciências Biológicas: Imunologia e Doenças Infecto-Parasitárias/Genética e Biotecnologia
• Departamento: ICB – Instituto de Ciências Biológicas
• País: Brasil
• Palavras-chave em Português: Métodos in vitro; Polímeros naturais; Citocompatibilidade; Engenharia tecidual; Diferenciação osteogênica; In vitro methods; Natural polymers; Cytocompatibility; Tissue engineering; Osteogenic differentiation
• Área do conhecimento CNPq: CNPQ::CIENCIAS BIOLOGICAS
• Link de acesso: https://repositorio.ufjf.br/jspui/handle/ufjf/11933

As nanofibras de celulose (NFCs) são polímeros naturais que apresentam propriedades mecânicas que as tornam muito atrativas para aplicações na construção de matrizes poliméricas aplicadas à engenharia de tecidos. O fornecimento exógeno de uma matriz polimérica de suporte em associação com células-tronco surge como solução promissora para a indução de diferenciação de células-tronco e reparo de lesões ósseas. Porém, apesar da celulose ser um material biocompatível, quando os materiais estão em nanoescala tornam-se mais reativos, necessitando investigar seu potencial efeito tóxico para garantir uma aplicação segura. A hipótese desse trabalho é que as NFCs são citocompatíveis e quando utilizadas como componentes de nanobiocompósitos induzem a proliferação e diferenciação de células-tronco mesenquimais humanas. O objetivo geral deste projeto foi avaliar a citocompatibilidade das NFCs de algodão e o potencial do nanobiocompósito contendo NFC e quitosana em promover a proliferação e diferenciação osteogênica das células-tronco mesenquimais humanas. No experimento 1 foi realizada a caracterização físico-química das NFCs e a avaliação do potencial efeito tóxico e de indução de diferenciação osteogênica das NFCs em suspensão nas células-tronco mesenquimais humanas extraídas da polpa dentária cultivadas in vitro. No experimento 2, foi realizada a síntese pela técnica de evaporação do solvente e a caracterização físico-química do nanobiocompósito. Células HEK293 foram cultivadas sobre essa matriz para testar a citocompatibilidade e a capacidade do nanobiocompósito em promover a adesão e proliferação de células humanas. Posteriormente, no experimento 3, visando uma maior estabilidade as propriedades físico-químicas do nanobiocompósito foram alteradas e, novamente caracterizadas e, então as células-tronco mesenquimais humanas foram cultivadas sobre o nanobiocompósito para avaliar a citocompatibilidade e o potencial de indução de diferenciação osteogênica. Os resultados do experimento 1 revelaram que as NFCs de algodão se apresentam em forma de fibra alongada semelhante à agulha, com diâmetros de cerca de 6 a 18 nm, enquanto o seu comprimento variou de 85 a 200 nm. As bandas características da celulose foram obtidas pelas espectroscopias e as NFCs demonstraram exibir cargas superficiais negativas em sua superfície (–10 mV). Nas condições testadas, não houve diferença (p>0,05) nas taxas de proliferação, viabilidade, ciclo celular e níveis de SOD extracelular. No entanto, a exposição às NFCs por 48 h diminuiu os níveis de expressão dos genes relacionados ao estresse e apoptose (ATF4, DAPK1 e BAX;p<0,05). Adicionalmente, os resultados de atividade da fosfatase alcalina (p<0,05), von Kossa e Vermelho de alizarina demonstraram que as NFCs de algodão demonstraram capacidade de indução osteogênica nas células-tronco mesenquimais humanas. No experimento 2, os resultados de caracterização mostraram que a NFC aumentou a nanotopografia e diminuiu as taxas de intumescimento e degradação do nanobiocompósito NFC/quitosana (p<0,05). Nos ensaios de citocompatibilidade, o nanobiocompósito promoveu a proliferação celular e o aumento da área das células HEK293 (p<0,05), porém mostrou-se citotóxico após 72 h de cultura. No experimento 3, as propriedades físico-químicas do nanobiocompósito foram alteradas melhorando a citocompatibilidade, bem como apresentou capacidade de indução de diferenciação osteogênica para células tronco-mesenquimais humanas. Em conjunto, os dados desse estudo forneceram novas informações sobre a citocompatibilidade das NFCs de algodão e dos nanobiocompósitos contendo NFCs de algodão. As NFCs e os nanobiocompósitos induziram a proliferação e diferenciação das células-tronco, o que abre possibilidades para futuras aplicações desses biomateriais na terapia celular e regeneração óssea.