Microestruturas híbridas eletroativas para a regeneração da medula espinhal

Abstract

A medula espinhal é um elemento essencial do sistema nervoso central. Quando ocorre a lesão traumática da medula espinhal (LTME) os processos regenerativos ocorrem de forma a não restruturar as funções que lhe são atribuídas, originando perda de função motora e sensorial. A engenharia de tecidos aponta para desenvolver novos prognósticos para esta patologia restituindo as funções originais da medula espinhal. Uma das estratégias já conhecidas para regeneração de tecidos é a incidência de estímulos elétricos para adesão e orientação aquando do crescimento celular. Neste estudo foi desenvolvido um compósito de poli(vinilideno) (PVDF, do inglês, polyvinylidene fluoride), uma estrutura coberta de pilares piezoelétricos que irão através do movimento gerar um sinal elétrico para as células neuronais na sua superfície. Este compósito tem também na sua constituição nanopartículas superparamagnéticas, que vão permitir através de um campo magnético o movimento dos pilares que, por sua vez, origina o impulso elétrico. A este compósito 4D foi adicionado um hidrogel de alginato de sódio oxidado covalentemente ligado a proteínas RGD, um fator bioquímico que auxilia na fixação celular. O hidrogel tem a característica de se degradar à medida que as células proliferam e se diferenciam. Levando-as a receber os estímulos elétricos aquando já totalmente diferenciadas. Os compósitos magnetoelétricos (ME) têm a particularidade de gerarem corrente elétrica a partir de um estímulo magnético permitindo que este estímulo seja incidido nas células ao mesmo tempo que o tecido regenera. Várias técnicas foram utilizadas para estudar este sistema complexo, onde se denotou moção dos pilares por cisalhamento, a presença da fase β em mais de 80% do composto, uma percentagem de ferrites de 9,1%, e crescimento no ensaio de proliferação superior a 25%. Através de uso de compósitos eletroativos pretende-se melhorar e inovar este tratamento, com uso de hidrogéis in situ e interações elétricas não invasivas, aumentando a viabilidade celular, bem como controlando a diferenciação e orientação do crescimento neuronal após o implante.

The spinal cord is an essential element in the central nervous system. When traumatic spinal cord injury (LTME, from the Portuguese Lesão Traumática da Medula Espinhal) occurs, regenerative processes occur in a way that does not restructure the functions assigned to it, resulting in loss of motor and sensory function. Tissue engineering aims to develop new prognoses for this pathology, restoring the original functions of the spinal cord. One of the strategies already known for tissue regeneration is the incidence of electrical stimuli for adhesion and orientation during cell growth. In this study, a PVDF scaffold was developed, a structure covered with piezoelectric pillars that will, through movement, generate an electrical signal for the neuronal cells on its surface. This scaffold also has superparamagnetic nanoparticles in its constitution, which will allow the movement of the pillars through a magnetic field, which, in turn, gives rise to the electrical impulse. To this 4D scaffold, a hydrogel of oxidized sodium alginate covalently linked to RGD proteins, a biochemical factor that aids in cell attachment, was added to its surface. The hydrogel has the characteristic of degrading as cells proliferate and differentiate. Leading them to receive electrical stimuli when already fully differentiated. Magnetoelectric composites have the particularity of generating electric current from a magnetic stimulus, allowing this stimulus to be applied to the cells while the tissue regenerates. Several techniques were used to study this complex system, which denoted motion of the pillars by shear, the presence of the β phase in more than 80% of the compound, a percentage of ferrites of 9.1%, and growth in the proliferation assay greater than 25%. Through the use of electroactive scaffolds, it is intended to improve and innovate this treatment, with the use of in situ hydrogels and non-invasive electrical interactions, increasing cell viability, as well as controlling the differentiation and orientation of neuronal growth after implantation.