Development of 3D hydrogels for axonal regeneration

Abstract

Spinal cord injury (SCI) is a degenerative and limitative medical condition that has no definitive treatment. Axonal regeneration is a required event to improve the outcomes of this condition, but traditional methods do not offer effective solutions. Recent investigations involving regenerative medicine alternatives have emerged as a potential new treatment for SCI. Among various possibilities, hydrogels are a particular type of biomaterial that stand out due to their design versatility that can match a specific set of properties. Therefore, we studied the possibility to apply a platelet lysates-based hydrogel in the context of SCI, as a platform that could promote axonal regeneration. Our results show that the methacryloyl platelet lysates (PLMA) hydrogel is not optimal in terms of cellular adhesion, but its adhesive properties could be enhanced using a coating of poly-D-lysine (PDL). We next encapsulated cortical neurons inside the PLMA matrix. The results suggested that neurons would have a better adhesion when encapsulated, which is relevant in the perspective of using PLMA as a cell carrier. Lastly, we tested the possibility of the presence of other cells inducing neuronal development, namely the presence of adipose stem cells (ASCs) and glial cells (GCs). For ASCs, we observed that these cells offered support to neuronal cells and that had a positive effect in neurite outgrowth inside PLMA gels. However, for GCs this outcome was not verified and further optimizations are required to determine if they might be a good alternative. Overall, PLMA hydrogels could be used as a scaffold for axonal growth and a carrier for neural cells, and possibly offering a better outcome when combined with stem cells.

Uma lesão na medula espinal é uma condição médica degenerativa e limitativa que não possui nenhum tratamento definitivo. A Regeneração axonal é um passo fundamental para melhorar os resultados desta condição, mas os métodos tradicionais não oferecem soluções eficazes. Investigações mais recentes que incluem alternativas relacionadas com a medicina regenerativa têm emergido potencialmente como um novo tratamento desta lesão. De entre várias possibilidades, os hidrogéis são uma classe particular de biomateriais que se destacam devido à sua versatilidade de design, que pode corresponder a um conjunto específico de propriedades. Nesse sentido, estudamos a possibilidade de aplicar um hidrogel baseado em lisados de plaquetas no contexto de uma lesão vertebro-medular, como uma plataforma que pudesse promover a regeneração axonal. Os nossos resultados mostram que o hidrogel de metracriloílo e lisados de plaquetas (PLMA) não é ótimo em termos de adesão celular, mas que as suas propriedades podem ser melhoradas ao recorrer à utilização de um revestimento de poli-D-lisina (PDL). De seguida, investigamos o encapsulamento de neurónios corticais no interior da matriz do PLMA. Os resultados sugeriram que as células neuronais têm uma melhor adesão quando estão encapsuladas, o que se torna relevante numa perspetiva de aplicação do PLMA como um transportador de células. Por último, testamos a possibilidade da presença de outras células induzirem o desenvolvimento neuronal, nomeadamente a presença de células estaminais do tecido adiposo (ASCs) e células da glia (GCs). Para as ASCs, observamos que a presença destas células ofereceu suporte às células neuronais e que tiveram um efeito positivo no crescimento de neurites no interior dos géis de PLMA. No entanto, para as células da glia este resultado não se verificou, e futuras otimizações são necessárias para determinar se estas células poderão ser uma boa alternativa. No geral, os hidrogéis de PLMA poderiam ser usados como um scaffold para o crescimento axonal e como um transportador de células neuronais, e possivelmente oferecer melhores resultados quando combinado com células estaminais.