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SÍNTESE, CARACTERIZAÇÃO E AVALIAÇÃO DA BIOCOMPATIBILIDADE DE UM HIDROGEL DE FIBROÍNA PARA A REGENERAÇÃO CARDÍACA
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Abstract in Portuguese
INTRODUÇÃO: As doenças cardiovasculares (DCV) são a principal causa de morte no mundo. Dentre as patologias do grupo, o infarto agudo do miocárdio (IAM), caracterizado pela perda de cardiomiócitos e consequente remodelamento ventricular adverso, é a manifestação clínica mais prevalente. Intervenções terapêuticas convencionais são capazes de amenizar os sintomas, mas não resultam na regeneração do tecido e, consequentemente, no restabelecimento da função cardíaca. Para alguns pacientes a única alternativa é o transplante, porém há limitações no número de doadores e compatibilidade. Neste sentido, novas estratégias vêm sendo investigadas com o intuito de regenerar o miocárdio lesionado, incluindo a terapia gênica, a terapia celular e a utilização de biomateriais. Esta última abordagem exerce um papel crucial na administração de células-tronco diante da necessidade de uma plataforma física que permita a viabilidade e diferenciação celular no tecido cardíaco. Biomateriais também podem promover um perfil de liberação controlado de citocinas e outras biomoléculas produzidas por estas células. Portanto, o desenvolvimento de matrizes poliméricas 3D (scaffold) que mimetizem a matriz extracelular e permitam a ancoragem de células representa uma importante abordagem no contexto do potencial translacional da terapia celular no IAM. OBJETIVO: o presente trabalho fundamenta-se no desenvolvimento de uma matriz à base de fibroína de seda como plataforma para administração de células-tronco no miocárdio infartado. MATERIAL E MÉTODOS: Hidrogéis injetável foram preparadas pelo método de crosslink químico através de um solvente orgânico (metanol) e foram submetidos à caracterização físico-química, morfologia, ensaios de citocompatibilidade in vitro e retenção celular em um modelo farmacológico de infarto agudo em camundongos. RESULTADOS: Após sintetizados e secos, os hidrogéis apresentaram a capacidade adequada de absorção de água. A análise por espectroscopia de infravermelho transformada de Fourier (FTIR) indicou a mudança conformacional proteica, comprovando a gelificação do material. Não houve variação significativa no pH do hidrogel nas temperaturas de armazenamento avaliadas (4°C e 37°C). A análise morfológica por microscopia eletrônica de varredura (MEV) indicou um arranjo tridimensional com poros, o que demonstra a arquitetura porosa na forma de scaffold. Este padrão espacial permitiu a adesão de fibroblastos L929, cardiomiócitos H9c2, células-tronco mesenquimais (CTM) e células progenitoras cardíacas induzidas (CPCi) na matrix de fibroína. Estas células também se apresentaram viáveis e proliferativas quando cultivadas em substrato plástico revestido com o hidrogel objeto deste estudo. Este material também foi avaliado quanto a sua capacidade de proporcionar retenção celular em um modelo murino de IAM. Foi possível observar CPCi no tecido cardíaco 72 horas após sua administração via intramiocárdica guiada por ecografia. Esta retenção não foi observada nos animais injetados com as CPCi na ausência do hidrogel. CONCLUSÃO: No contexto da pesquisa em novos biomateriais para terapia celular, este trabalho demonstra o potencial do hidrogel de fibroína como um sistema de administração capaz de otimizar a retenção de células-tronco no tecido cardíaco.
Abstract
INTRODUCTION: Cardiovascular diseases (CVD) are the leading cause of death in the world. Among them, acute myocardial infarction (AMI) promotes cardiomyocytes loss and adverse ventricular remodeling. Indeed, AMI is the most prevalent clinical manifestation of CVD. Conventional therapeutic interventions are able to ameliorate the symptoms, but do not result in tissue regeneration and, consequently, in cardiac function recovery. For some patients, the only alternative for treating AMI is the myocardial transplantation, but there are limitations on the number of donors and organ compatibility. In this sense, new strategies have been investigated to regenerate the injured myocardium, including gene therapy, cell therapy and the use of biomaterials. This latter approach plays a crucial role in stem cell administration, regarding the need for a physical platform to provide cell retention. Still, biomaterials could promote a biochemical microenvironment for cell viability and cell differentiation in the cardiac tissue. As another attribute, biomaterials could provide a controlled release pattern of cytokines and other biomolecules released from transplanted stem cells. Thus, the development of three-dimensional (3D) polymer matrices (scaffolds) that mimic the extracellular matrix and allow the anchoring of cells represents an important approach in the context of the translational potential of stem cells for AMI. OBJECTIVES: This work seeks to develop a silk fibroin matrix as platform for administration of stem cells in the infarcted myocardium. MATERIALS AND METHODS: Matrices in the form of an injectable hydrogel were prepared by the chemical crosslink method through an organic solvent (methanol). Hydrogels were characterized in terms of physical-chemical properties, morphology, and in vitro cytocompatibility. Cell retention assays were performed in a pharmacological model of AMI in mice. RESULTS: Freeze-dried hydrogels presented a suitable swelling rate, reflecting a proper capacity to absorb water. Fourier-transform infrared spectroscopy (FTIR) indicated the protein conformational change, confirming the gelation of the material. There was no significant variation in the pH of the hydrogels at 4 ° C or 37 ° C. The morphological analysis by scanning electron microscopy (SEM) indicated a 3D arrangement with pores, which demonstrates the porous architecture in the form of scaffold. This spatial pattern allowed the adhesion of L929 fibroblasts, H9c2 cardiomyocytes, mesenchymal stem cells (MSCs) and induced cardiac progenitor cells (iCPCs) in the fibroin matrix scaffold. These cells were also found to be viable and proliferative when cultured on a plastic substrate coated with the hydrogel. In the in vivo cell retention evaluation, it was possible to observe iCPCs in cardiac tissue 72 hours after its ultrasound-guided intramyocardial administration. In mice injected with iCPCs only (hydrogel-free), no cells were found to have attached in the heart tissue. CONCLUSIONS: In the context of biomaterial research for cell therapy, this work demonstrates the potential of the hydrogel-based fibroin scaffold as a feasible delivery system capable of optimizing the retention of stem cells in cardiac tissue.
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