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Tipo: Tese
Título: Hidrogel de colágeno contendo BaTiO3NP e MWCNT-COOH para a bioengenharia de tecido ósseo
Autor(es): Oliveira, Eduarda Rocha de
Primeiro Orientador: Pereira, Michele Munk
Co-orientador: Alvarenga, Erika Lorena Fonsenca Costa de
Membro da banca: Maranduba, Carlos Magno da Costa
Membro da banca: Medeiros, Rebecca Vasconcellos Botelho de
Membro da banca: Sá, Marcos Augusto de
Membro da banca: Costa, Raquel Alves
Resumo: Hidrogéis de colágeno (COL) nanoestruturados com nanomateriais (NMs) são promissores para a bioengenharia do tecido ósseo. As Nanopartículas de Titanato de Bário (BaTiO3 NP) apresentam características piezoelétricas e capacidade de formar dipolos, enquanto os Nanotubos de Carbono Multicamadas Carboxilados (MWCNTCOOH) são bons condutores elétricos e apresentam atividade antimicrobiana. Estas são propriedades desejáveis em hidrogéis osteoindutores e para aplicação clínica em regeneração óssea. Hipotetizamos que o hidrogel nanoestruturado contendo COL/BaTiO3 NP/ MWCNT-COOH tenha propriedades mecânicas e elétricas aprimoradas, seja citocompatível, antibacteriano e promova a maturação de osteoblastos primários de ratos neonatos Wistar (rOB). Neste estudo o objetivo foi caracterizar propriedades físicas, eletroquímicas e mecânicas, avaliar a citocompatibilidade e investigar a bioatividade antibacteriana, osteoindutora e osteogênica destes hidrogéis contendo 1, 10 e 100 µg/mL de MWCNT-COOH (denominados NTB/NTC1, NTB/NTC10 e NTB/NTC100) em comparação a hidrogéis com apenas COL e COL/BaTiO3 NP (denominado NTB). As análises de caracterização indicaram melhora (p<0,05) na resistência mecânica dos hidrogéis contendo MWCNT-COOH (grupos NTB/NTC; p<0,05) em comparação aos grupos COL e NTB. Além disso, NTB/NTC10 apresentou maior condutividade elétrica em relação aos outros grupos (p<0,05). Dados de citocompatibilidade com rOBs mostraram boa morfologia avaliada por microscopia de luz, viabilidade celular avaliada por MTT e alamar blue e, atividade da enzima superóxido dismutase regularizada em todos os grupos de hidrogéis testados NTB/NTC em comparação a COL e NTB (p>0,05), ao longo de 14 dias de cultivo. Dados de bioatividade demonstraram que a incorporação de MWCNT-COOH nos hidrogéis aumenta a atividade antibacteriana, principalmente em relação a Escherichia coli, no grupo NTB/NTC10 (p<0,05). Diante dos bons resultados de NTB/NTC10 nas avaliações mecânicas, elétricas e antibacterianas, este grupo foi avaliado (em comparação a COL e NTB) quanto à maturação de rOBs e formação óssea. Apesar de não ter havido diferença na atividade da fosfatase alcalina (p>0,05), nódulos de mineralização foram identificados em maior quantidade por Alizarin Red S (p<0,05) e Von Kossa em NTB e NTB/NTC10 em relação a COL, mesmo na ausência de indutores no meio de cultura. Por fim, a expressão gênica de COL I foi sub-regulada, enquanto a de OCN e RUNX2 foi sobre- regulada em rOBs cultivadas em NTB/NTC10 em comparação aos grupos COL e NTB. Estes dados demonstram que a associação de BaTiO3 e MWCNT-COOH no hidrogel de colágeno proposto NTB/NTC10 aumentou a capacidade de formação óssea de forma espontânea e citocompatível e é promissor para aplicação na bioengenharia e regeneração do tecido ósseo.
Abstract: Nanostructured collagen hydrogels (COL) with nanomaterials (NMs) are promising for bone tissue bioengineering. Barium Titanate Nanoparticles (BaTiO3 NP) present piezoelectric characteristics and ability to form dipoles, while Multilayer Carboxylated Carbon Nanotubes (MWCNT-COOH) are good electrical conductors and exhibit antimicrobial activity. These are desirable properties in osteoinductive hydrogels and for clinical application in bone regeneration. We hypothesize that the nanostructured hydrogel containing COL/BaTiO3 NP/MWCNT-COOH has improved mechanical and electrical properties, is cytocompatible, antibacterial and promotes the maturation of primary osteoblasts from neonatal Wistar rats (rOB). In this study, the objective was to characterize physical, electrochemical and mechanical properties, evaluate cytocompatibility and investigate the antibacterial, osteoinductive and osteogenic bioactivity of these hydrogels containing 1, 10 and 100 µg/mL of MWCNT-COOH (named NTB/NTC1, NTB/NTC10 and NTB/NTC100) in comparison to hydrogels with only COL and COL/BaTiO3 NP (named NTB). The characterization analyses indicated an improvement (p<0.05) in the mechanical strength of hydrogels containing MWCNTCOOH (NTB/NTC groups; p<0.05) in comparison to the COL and NTB groups. Furthermore, NTB/NTC10 presented greater electrical conductivity compared to the other groups (p<0.05). Cytocompatibility data with rOBs showed good morphology evaluated by light microscopy, cell viability evaluated by MTT and Alamar Blue, and regularized superoxide dismutase enzyme activity in all groups of hydrogels tested NTB/NTC compared to COL and NTB (p>0.05), over 14 days of culture. Bioactivity data demonstrated that the incorporation of MWCNT-COOH in the hydrogels increased the antibacterial activity, mainly against Escherichia coli, in the NTB/NTC10 group (p<0.05). Given the good results of NTB/NTC10 in the mechanical, electrical and antibacterial evaluations, this group was evaluated (compared to COL and NTB) for rOB maturation and bone formation. Although there was no difference in alkaline phosphatase activity (p>0.05), mineralization nodules were identified in greater quantity by Alizarin Red S (p<0.05) and Von Kossa in NTB and NTB/NTC10 compared to COL, even in the absence of inducers in the culture medium. Finally, COL I gene expression was downregulated, while OCN and RUNX2 were upregulated in rOBs cultured in NTB/NTC10 compared to COL and NTB groups. These data demonstrate that the association of BaTiO3 and MWCNT-COOH in COL matrix as in the proposed NTB/NTC10 hydrogel increased the capacity for bone formation in a spontaneous and cytocompatible manner and is promising for application in bioengineering and bone tissue regeneration.
Palavras-chave: Nanotecnologia
Regeneração tecidual
Osteoindução
Cultura celular 3D
Biomedicina
Nanotechnology
Tissue regeneration
Osteoinduction
3D cell culture
Biomedicine
CNPq: CNPQ::CIENCIAS BIOLOGICAS::GENETICA
Idioma: por
País: Brasil
Editor: Universidade Federal de Juiz de Fora (UFJF)
Sigla da Instituição: UFJF
Departamento: ICB – Instituto de Ciências Biológicas
Programa: Programa de Pós-graduação em Ciências Biológicas: Imunologia e Doenças Infecto-Parasitárias/Genética e Biotecnologia
Tipo de Acesso: Acesso Embargado
Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazil
Licenças Creative Commons: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/
URI: https://repositorio.ufjf.br/jspui/handle/ufjf/17945
Data do documento: 27-Set-2024
Aparece nas coleções:Doutorado em Ciências Biológicas - Imunologia e Doenças Infecto - Parasitárias/Genética e Biotecnologia (Teses)



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