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Type: Tese
Title: Utilização do polímero natural polihidroxibutirato-cohidroxivalerato para auxiliar a vascularização e regeneração da pele a partir de princípios da engenharia de tecidos
Authors: Alessandra Arcoverde Cavalcanti Zonari
First Advisor: Alfredo Miranda de Góes
Abstract: A engenharia de tecidos é um campo da medicina regenerativa que se baseia no cultivo de células em matrizes estruturais associadas à incorporação de moléculas sinalizadoras, visando a regeneração tecidual. Apesar do enorme potencial e dos avanços já alcançados apenas produtos desenvolvidos para a pele e cartilagem encontram-se disponíveis para aplicações clínicas. Entretanto, esses produtos ainda apresentam limitações. A utilização de compostos de origem alogênica e também a falta de vascularização comprometem a eficácia dos produtos destinados a regeneração da pele. Nesse sentido, a primeira parte desse trabalho destinou-se a promoção da diferenciação endotelial a partir de células-tronco derivadas do tecido adiposo (ASC) semeadas em membranas de microfibras de poli(3-hidroxibutirato) (PHB) e seu copolímero poli(3-hidroxibutirato-co-3-hidroxivalerato) (PHB-HV ou PHBV) na proporção 30:70, respectivamente. Utilizando a técnica de electrospinning foi possível obter membranas formadas por fibras com diâmetros entre 300nm e 1.3µm. A morfologia dessas membranas favoreceu a adesão e proliferação de ASC. Quando induzidas à diferenciação endotelial, as células passaram a expressar marcadores específicos e se reorganizaram em estruturas circulares semelhantes à capilares. Na segunda etapa, foi desenvolvida e caracterizada uma matriz bicamada de PHBV que mimetiza a estrutura física da pele. A partir das técnicas de evaporação do solvente e liofilização foi possível obter uma membrana com nanoporisade e uma matriz tridimensional altamente porosa semelhante à estrutura da epiderme e derme da pele. A combinação dessas estruturas permitiu formar uma matriz com alta capacidade de retenção de água e propriedades mecânicas adequadas susceptíveis a degradação enzimática. Após 8 semanas, a matriz encontrou-se completamente degradada na presença de lipase e lisozima em concentrações fisiológicas. Essas estruturas permitiram a adesão e proliferação de queratinócitos na camada composta pela membrana e fibroblastos na porção tridimensional. Quando co-cultivados, sob condições definidas, os queratinócitos foram capazes de se reorganizarem em múltiplas camadas com células proliferativas (expressam Ki-67) na camada basal e células que expressam o marcador de diferenciação terminal, involucrina, dosqueratinócitos na camada superior, assemelhando a organização da epiderme. Esses resultados indicam que a matriz bicamada de PHBV possui propriedades adequadas para suportar a formação de análogos da derme e epiderme. Diante disso, a última etapa dessa tese consistiu na avaliação in vivo da associação das propriedades angiogênicas das ASC e o aspecto morfológico funcional da matriz de PHBV para promover uma melhor regeneração tecidual da pele utilizando um modelo de excisão no dorso de ratos. A partir de análises histológicas e pela quantificação de transcritos gênicos foi possível demonstrar que a matriz bicamada de PHBV possui propriedades adequadas para a promoção da regeneração da pele com menor tendência a formação de tecido cicatricial. Além disso, a associação com ASC proporcionou um ambiente ainda mais favorável levando a formação de um novo tecido semelhante à pele normal. Em geral, nossos resultados demonstram o potencial da utilização do polímero PHBV para o desenvolvimento de matrizes de suporte a partir de diferentes técnicas de processamento que podem favorecer tanto a formação de novos vasos quanto a regeneração tecidual da pele.
Abstract: Tissue engineering is based on the association of cultured cells with structural matrices and the incorporation of signaling molecules to induce tissue regeneration. Despite its enormous potential and current achievements, up to this day, only products developed for skin and cartilage are available for clinical applications. However, these products still face some limitations. The use of allogenic compounds and also the lack of vascularization undermine the effectiveness of skin regeneration within these products. In this sense, the first part of this work aimed to promote endothelial differentiation from adiposederived stem cells (ASC) seeded on electrospun fiber mesh made of poly(3hydroxybutyrate) (PHB) and its copolymer poly(3-hydroxybutyrate-co-3hydroxyvalerate) (PHBV or PHB-HV) in the ratio 30:70 respectively. Using the electrospinning technique it was possible to obtain membranes formed by fibers with diameters between 300nm and 1.3μm. The morphology of these membranes increased adhesion and proliferation of ASCs. When induced to endothelial differentiation, the cells expressed specific markers and reorganized forming capillary-like structures. In the second stage, PHBV bilayer structures that mimic the physical structure of skin were designed and produced by assembling a solvent cast membrane and a 3D freeze dried scaffold. The combination of the distinct qualities of the two systems such as susceptibility to enzymatic degradation, high water retention capability and stiff character, allowed achieving an improved system expected to contribute to a better wound healing. The bilayer structures design and associated properties favored human fibroblasts and keratinocytes performance under defined heterotypic culture conditions forming biologically interactive dermal and epidermal analogs that lead to the particular rearrangement of keratinocytes into multiple layers resembling epidermis-like organization. These results demonstrate that the proposed PHBV-based bilayer structure has potential to be used as an improved skin graft. Therefore, the last step of this thesis was to evaluate in vivo the association of the angiogenic properties of ASCs and functional morphology of PHBV bilayer structure to promote better tissue regeneration of the skin using an excision rat model. From the histological analysis and gene transcripts quantification it was possible to determine that the PHBV bilayerstructure has suitable properties to promote skin regeneration with lower propensitiy to form scar tissue. Moreover, the association with ASCs provided an even more favorable environment that leaded to the formation of a new tissue more similar to the normal skin. In general, our results demonstrate that PHBV is a potential polymer to be used in the development of new scaffolds based on different processing techniques that can favor the vascularization and skin tissue regeneration.
Subject: Imunologia
Engenharia Tecidual
Células-Tronco
Regeneração
language: por
metadata.dc.publisher.country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Minas Gerais
Publisher Initials: UFMG
metadata.dc.publisher.department: ICB - INSTITUTO DE CIÊNCIAS BIOLOGICAS
metadata.dc.publisher.program: Programa de Pós-Graduação em Bioquímica e Imunologia
Rights: Acesso Aberto
Atribuição-NãoComercial-SemDerivados 3.0 Portugal
metadata.dc.rights.uri: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/pt/
URI: http://hdl.handle.net/1843/65662
Issue Date: 20-Dec-2013
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