Estudos preliminares da bioatividade de hidrolisados de matriz extracelular

Abstract

A medicina regenerativa e a engenharia de tecidos têm como objetivo promover a regeneração de tecidos ou substituir os órgãos não funcionais, através da combinação de um scaffold, células adequadas e moléculas bioativas. Os scaffolds de matriz extracelular descelularizada (MEC) têm sido utilizados com sucesso em aplicações da medicina regenerativa para facilitar e promover a remodelação construtiva de inúmeros tecidos. Os mecanismos pelos quais a remodelação do tecido hospedeiro é conseguida ainda não são totalmente compreendidos, mas estudos recentes sugerem que alguns produtos de degradação da MEC (matricinas) desempenham papéis fundamentais. O presente estudo teve como objetivos obter diferentes frações de matricinas da matriz da bexiga de porco (UBM), através da digestão enzimática com pepsina e fracionamento por centrifugação e ultrafiltração, e avaliar e comparar a atividade quimiotática e mitogénica das diferentes frações de UBM em células estaminais mesenquimais de rato (MSCr) e em fibroblastos. Foi ainda testada a biocompatibilidade e o potencial osteogénico in vivo dos produtos de degradação da UBM incorporados num hidrogel de dextrino na reparação de pequenos defeitos ósseos. Neste trabalho foi analisada a bioatividade de três frações de UBM. Os resultados de proliferação obtidos com os fibroblastos mostraram que a fração de produtos totais da degradação de UBM inibe a proliferação celular. As frações de péptidos solúveis e com peso molecular inferior a 30 KDa não afetam o crescimento dos fibroblastos. Em relação às MSCr, os resultados da atividade proliferativa, embora preliminares, não confirmam o efeito pró-mitogénico dos produtos de degradação sobre estas células estaminais: a fração solúvel de UBM inibe a proliferação das MSCr, enquanto a fração de péptidos com peso molecular inferior a 30 KDa não afeta o crescimento destas células. Os resultados obtidos para a atividade quimiotática das frações de UBM, não foram conclusivos, uma vez que é necessário otimizar as condições do ensaio de migração. As diferenças no efeito mitogénico verificadas entre as distintas frações de UBM sugerem que, no final da digestão, o hidrolisado poderá conter matricinas pró- e anti-mitogénicas e até matricinas neutras. Assim, do fracionamento do hidrolisado podem resultar frações mais enriquecidas com um determinado tipo de matricinas (por exemplo, matricinas anti-mitogénicas) ou então, a sobreposição de um dos efeitos pode dever-se não à quantidade de matricinas que exibam esse efeito, mas sim à potência do efeito dessas matricinas e eventuais efeitos sinergéticos. Nas frações em que não se verificou qualquer propriedade mitogénica, a coexistência de matricinas com ação pró- e anti-mitogénica pode levar a uma anulação mútua desse efeito e/ou haver matricinas que não modulam a mitogénese das células usadas. Os resultados in vivo, embora preliminares, mostraram que o dextrino com UBM incorporada não provocou reação inflamatória e os produtos de degradação incorporados pareceram afetar o comportamento das células no hidrogel, dado que se observou uma organização celular semelhante a células de cartilagem. A formação de uma estrutura semelhante à cartilagem sugere que a formação óssea poderá ocorrer via endocondral.

The regenerative medicine and tissue engineering aim at promoting the regeneration of tissues and the replacement of failing or malfunctioning organs by means of combining a scaffold, cells and bioactive molecules. Scaffolds composed of decellularized extracellular matrix (ECM) have been used successfully in numerous regenerative medicine applications to facilitate and promote the constructive remodeling of several tissues. The mechanisms by which the host remodeling response occurs are not fully understood, but recent studies suggest that some degradation products of ECM (matrikines) play key roles. The present study aimed to obtain different matrikines fractions by enzymatic digestion of porcine urinary bladder matrix (UBM) using pepsin, their fractionation by centrifugation and ultrafiltration, and to evaluate and compare chemotactic and mitogenic activities of the different fractions in rat mesenchymal stem cells (MSCr) and fibroblasts. Biocompatibility and osteogenic potential of degradation products incorporated into a dextrin hydrogel was also tested in vivo in the repair of small bone defects. The bioactivity of the three UBM fractions was analyzed. Results of fibroblasts proliferation showed that the fraction of total products resulted from degradation of UBM inhibited cell proliferation. The soluble fraction of UBM and the fraction of peptides with a molecular weight less than 30 kDa did not affect the growth of fibroblasts. Regarding MSCr, the results of the proliferative activity, although preliminary, did not confirm pro-mitogenic effect of degradation products on these stem cells: the soluble fraction of UBM inhibits MSCr proliferation, while the fraction of peptides with molecular weight less than 30 kDa did not affect the growth of these cells. The results obtained for chemotactic activity using UBM fractions were not conclusive, since the conditions for migration assay need further optimization. Differences between mitogenic effect observed on the distinct UBM fractions suggest that, at the end of the digestion, the hydrolyzate may contain matrikines with pro- and anti-mitogenic or neutral effect. Thus, after fractionating the hydrolyzate, fractions containing greater amount of a particular type of matrikines (for example, anti-mitogenic matrikines) may be obtained, or one of the effects overlap each other due not to the amount of matrikines with specific effect, but due to the potency of such matrikines and/or synergetic effects. In the fractions in which mitogenic activity was not observed, the coexistence of matrikines with pro- and anti-mitogenic actions can lead to mutual annulment of mitogenic proprieties and/or it is possible that there are matrikines which not modulate mitogenesis on this cells. In vivo results, although preliminary, shown that dextrin with total UBM products embedded caused no inflammatory reaction and these degradation products seems to affect cell behavior in the hydrogel since it was observed cellular organization similar to cartilage cells. The formation of a structure like cartilage suggests that bone formation may occur via endochondral process.