Desenvolvimento de hidrogéis biodegradáveis carregados com microsferas eletroativas para aplicação em engenharia de tecidos

Abstract

O sucesso da engenharia de tecidos depende em grande medida do suporte celular (scaffold) utilizado. A capacidade de adesão, proliferação e diferenciação celular é influenciada pelas propriedades intrínsecas dos biomateriais utilizados na produção dos scaffolds. Neste sentido, a escolha de materiais magnetostritivos, para além das capacidades mencionadas, providenciam simultaneamente estímulos biofísicos necessários para os processos celulares. Os materiais magnetostritivos deformam-se na presença de um campo magnético, sendo por isso utilizados para mimetizar as solicitações mecânicas que as células osteoblásticas participam num corpo em movimento. A magnetostrição permite remotamente a geração de um estímulo mecânico, através da aplicação de um campo magnético, importante em casos de impossibilidade de movimento. No presente trabalho, foram desenvolvidas microsferas poliméricas de poli (L-ácido lático) (PLLA) e microsferas compósitas, PLLA com nanopartículas magnetostritivas (ferrites de cobalto (CoFe2O4)). Posteriormente, foram inseridas num hidrogel, escolhido devido à capacidade de recriar o ambiente hidratado dos tecidos celulares e, simultaneamente, funcionar como uma matriz de suporte para as microsferas e para as células. De forma a avaliar a eficácia da técnica de processamento, analisaram-se as propriedades físico-químicas das microsferas. Desta forma, foi determinado o diâmetro médio das mesmas, sendo que as de PLLA apresentaram um valor de 1,3±0,4 µm e as compósitas de 3±1 µm. Adicionalmente, concluiu-se que as propriedades nativas do polímero não são alteradas com a adição de CoFe2O4, e que a histerese magnética é semelhante nas microsferas compósitas e nas nanopartículas de CoFe2O4. Destes resultados, foi ainda possível determinar a composição de CoFe2O4 no interior da matriz polimérica (6,4% (p/p)). Complementarmente, foi avaliada a citotoxicidade, de onde se concluiu que as microsferas não são citotóxicas. Após a inserção das microsferas no hidrogel, foram realizados ensaios de adesão e proliferação de osteoblastos, em culturas em condições estáticas e dinâmicas. Concluiu-se que quando as células são sujeitas a um estímulo mecânico, numa cultura dinâmica, proliferam mais, ao contrário do que acontece numa cultura estática. Paralelamente, quando as células são cultivadas em monocamada sobre o hidrogel denota-se uma proliferação superior, comparativamente com o crescimento celular no interior deste. Assim sendo, foi demonstrado que a utilização de microsferas magnetoativas num hidrogel é promissora na regeneração óssea.

Scaffolds play a relevant crucial role in the success of tissue engineering approaches. Their intrinsic properties are known to influence cellular processes such as adhesion, proliferation and differentiation, thus it is relevant to take into consideration the bioactivity of the scaffolds. Polymer-based magnetostrictive materials have the needed bioactivity for effective tissue engineering while simultaneously providing biophysical stimuli capable of improving cellular processes. Magnetostrictive materials deform when subjected to a magnetic field. These materials are used in order to mimic the mechanical solicitations generated during natural body motion, and to which osteoblastic cells are subjected. By the application of magnetic field these materials allow the remote generation of such important stimuli in situations when movement is not possible. In the present work, poly (L-lactic acid) (PLLA) microspheres and composite microspheres, PLLA with magnetostrictive cobalt ferrites (CoFe2O4), were produced. Subsequently, both composite and polymer microspheres were introduced into a hydrogel, selected due to its ability to simulate the hydrated environment of tissues while simultaneously acting as a support matrix for both microspheres and cells. In order to evaluate the effects of processing techniques, the chemical, physical, magnetic and morphological properties of the microspheres were analyzed. Polymer microspheres showed an average diameter of 1.3±0.4 µm and the composite ones a diameter of 3±1 µm. Physicalchemical analysis revealed that PLLA properties were not affected/altered during processing and/or with the addition of magnetic particles (CoFe2O4). Magnetic measurements revealed similar hysteresis loops for the pure particles and the composites, the fillers representing 6.4% (w/w) of the mass. Cytotoxicity tests were also performed and results were positive for both microspheres. After insertion in the hydrogel, adhesion and proliferation assays were performed under static and dynamic culturing conditions using osteoblasts. Increased proliferation was observed with dynamic conditions when compared to static, and with cells deposited on the hydrogel’s surface rather than its interior. Thus, it was demonstrated that the use of magnetoactive microspheres in a hydrogel is a viable/promising option for bone tissue regeneration.