Development of magnetic microcapsules as dynamic bioreactors for tissue engineering applications

• Autor(a) principal: Martins, João Carlos Morais
• Data de Publicação: 2018
• Tipo de documento: Dissertação
• Idioma: eng
• Título da fonte: Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)
• Texto Completo: http://hdl.handle.net/10773/25458
• topic: Bone regeneration; Nanoparticles; Microparticles; Alginate; Cell encapsulation; Compartmentalized system

As doenças ósseas são um problema que afeta grande parte da população mundial e têm tendência a aumentar no futuro. Apesar de o tecido ósseo ter capacidade de regeneração, quando uma fratura ultrapassa um ponto crítico o osso não possui capacidade de autorreparar esse defeito. Atualmente estes defeitos são tratados a nível médico através da utilização de implantes cerâmicos ou metálicos que originam respostas imunológicas por parte do hospedeiro e como consequência são rejeitados ao fim de algum tempo pós implantação. Além deste facto, a não bioatividade destes biomateriais restringe a reparação total do tecido e a recuperação das suas propriedades biológicas e funcionais. Terapias como a injeção in situ de células encapsuladas em biomateriais bioativos e biodegradáveis para aplicação na regeneração óssea têm surgido nos últimos anos como uma abordagem alternativa e vantajosa. Neste contexto, os sistemas capsulares apresentam-se como os mais vantajosos pois não só protegem as células administradas, mas também permitem a troca de nutrientes/metabolitos de uma forma eficaz. Este facto garante a viabilidade do sistema ao longo de maiores períodos de tempo, contribuindo assim para uma melhor regeneração do tecido lesado. No entanto, a implantação de microcápsulas contendo células tem-se revelado bastante desafiante devido à sua fraca interação com os tecidos circundantes, sendo comum o seu deslocamento do local inicial da implantação. Como forma de ultrapassar estas limitações, este trabalho teve como objetivo desenvolver uma cápsula magneticamente responsiva como sistema de entrega de células aderidas a micropartículas. A inclusão de reposta a estímulos magnéticos tem como objetivo permitir a fixação das cápsulas in situ no local de implantação através da utilização de um campo magnético externo. Para tal foram inicialmente produzidas nanopartículas magnéticas de óxido de ferro (≈42.69 nm), que foram ressuspendidas numa solução de Policaprolactona que por emulsão óleo-em-água deram origem a micropartículas magneticamente responsivas (μPCL[MNPs]) cujo tamanho médio foi de 40.5±13.2 μm antes de serem peneiradas. A gama de tamanhos a ser utilizada foi de 40-63μm para potenciar a adesão celular daí a necessidade de peneirar as partículas (55.3±9.00 μm). As micropartículas μPCL[MNPs] foram depois sujeitas a um revestimento de colagénio I para promover a adesão de células pre-osteoblásticas (MC3T3-E1) após a encapsulação. A encapsulação foi feita utilizando uma mistura de alginato, μPCL[MNPs] e células, que por gelificação ionotrópica originou a formação de estruturas esféricas como demonstrado pelas imagens de microscopia ótica. As microesferas foram posteriormente sujeitas a um processo de revestimento por deposição sequencial de polielectrólitos utilizando a técnica camada-a-camada (LBL). Esta abordagem permitiu a obtenção de cápsulas com um núcleo liquefeito e com integridade devido ao seu revestimento LBL. De seguida foi avaliada a viabilidade celular e a atividade metabólica das células encapsuladas. Resumindo, as cápsulas produzidas mantiveram a viabilidade celular e atividade metabólica ao longo de 7. Estudos ex vivo demonstraram que a utilização de um campo magnético externo permite a fixação das cápsulas no local onde foram colocadas mesmo quando sujeitas a lavagem com um fluído. Os resultados obtidos evidenciam que é possível fixar as cápsulas in situ após serem implantadas e abrem a oportunidade de utilizar estes sistemas em aplicações biomédicas no futuro próximo