Desenvolvimento de scaffolds anisotrópicos de PCL e gelatina para a regeneração de cartilagem

Abstract

Um dos maiores desafios da engenharia de tecidos de cartilagem é a dificuldade de imitar o ambiente bioquímico e biomecânico da cartilagem nativa. Até à data, várias estratégias de engenharia de tecidos de cartilagem conseguiram desenvolver cartilagem artificial com propriedades bioquímicas semelhantes às do tecido nativo [1]. No entanto as propriedades mecânicas da cartilagem in-vitro permanecem inferiores às da nativa. Uma das principais limitações da cartilagem artificial é que esta não exibe as variações zonais da cartilagem nativa [2-3]. A organização das fibras de colagénio em forma de arcada ao longo da profundidade da cartilagem nativa é importante e deve ser replicada na cartilagem artificial para tornar se mecanicamente funcional [2-3]. As condições de cultura que têm impacto sobre a síntese de colagénio e sua organização fibrilar incluem os scaffolds e a estimulação mecânica. Alguns investigadores sugerem o uso de scaffolds fibrosos anisotrópicos, a fim de proporcionar um arquétipo para organizar a nova matriz extracelular depositada. A utilização da técnica de eletrofiação para o desenvolvimento de scaffolds fibrosos para a engenharia de tecidos da cartilagem já foi reportada, visto que as matrizes de nanofibras poliméricas alinhadas produzidas mimetizam a topografia da matriz extracelular da cartilagem nativa e funcionam como suporte para organizar a deposição de nova matriz extracelular produzida por células nelas semeadas [4]. Alguns investigadores sugerem que a aplicação de estímulos mecânicos variáveis em profundidade que estimulem de forma diferenciada a síntese de matriz extracelular e logo uma diferente orientação fibrilar em profundidade [5]. A policaprolactona (PCL) é um poliéster sintético, biocompatível e biodegradável que apresenta elevada resistência mecânica e é facilmente processável. As matrizes de nanofibras de PCL mimetizam topograficamente a matriz extracelular no tecido cartilagíneo. No entanto, a hidrofobicidade inerente deste material pode prevenir a adesão, migração, proliferação e diferenciação celular. A combinação de PCL com polímeros naturais tem sido utilizada para obter propriedades mecânicas e biológicas complementares, uma vez que os polímeros naturais possuem uma superfície hidrofílica e recetores reconhecíveis pelas células. A gelatina é um polímero natural derivado do colagénio, que constitui maioritariamente a matriz extracelular da cartilagem [6]. Assim sendo, neste trabalho foi explorada a combinação de estimulação mecânica com a utilização de scaffolds fibrosos anisotrópicos de PCL e gelatina produzidos por electrofiação, envolvidos numa estrutura porosa de óxido de grafeno (GO) e colagénio, para estimular a proliferação celular e produção de matriz extracelular cartilagínea. Várias arquiteturas foram desenvolvidas. As propriedades topográficas, mecânicas e a capacidade de absorção de água dos scaffolds foram analisadas e, posteriormente a biocompatibilidade dos mesmos foi investigada utilizando células progenitoras da cartilagem articular. A estimulação mecânica das células semeadas nos scaffolds por compressão cíclica foi efetuada com recurso um biorreator desenvolvido e patenteado pela equipa [7]. Os resultados obtidos demonstraram que estas estruturas permitem não só a adesão, mas também a proliferação celular. A estimulação mecânica aplicada gerou uma resposta positiva das células, através da produção de elementos da matriz extracelular da cartilagem.