Estágio realizado na University of Maryland Baltimore County / Tese de mestrado integrado. Engenharia Química. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2008

Tese de mestrado. Engenharia Biomédica. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2009

Propósito: Os avanços obtidos pela engenharia de tecidos propiciaram o desenvolvimento de substitutos biológicos para tecidos urinários permanentemente danificados. O objetivo deste estudo é gerar um modelo para investigar as etapas fundamentais da formação de uma mucosa urotelial in vitro. Materiais e Métodos: Quatro tipos de matrizes foram produzidos com uma mistura de gelatina e diferentes combinações de ácido hialurônico e gelatina. Elas foram caracterizadas com o objetivo de verificar o efeito da modificação na composição sobre propriedades físico- -químicas relacionadas com a interação celular. As células utilizadas no estudo foram extraídas de segmentos do sistema urinário descartados após cirurgias. Após o período de cultura, tanto as células uroteliais quanto células-tronco derivadas de tecido adiposo foram semeadas nas matrizes manufaturadas. Cotes histológicos avaliaram a integração das células às matrizes. O multipotencial de diferenciação das células-tronco e a expressão de citoqueratina 7 pelo urotélio também foram investigados. Resultados: A maior interação da heparina com as moléculas da gelatina provocou uma redução na densidade de cargas eletrostáticas das matrizes. Este efeito também se refletiu na hidrofilicidade da superfície e na capacidade de absorção das matrizes em que a heparina estava presente. As células-tronco e o urotélio expandidos em culturas primárias demonstraram capacidade de proliferar em todas as matrizes. As células-tronco confirmaram seu multipotencial de diferenciação in vitro. As células uroteliais mantiveram a expressão de citoqueratina 7 ao serem cultivadas nas matrizes. Conclusão: Todas as matrizes produzidas suportaram a adesão e proliferação celulares. / Purpose: Advances in culture techniques and production of temporary matrices have allowed the development of biological substitutes to injured urinary tissues. The aim of this work is to generate a model to study the fundamental steps required to produce a urothelial mucosa in vitro. Materials and Methods: Four types of matrices were manufactured based on a mixture of gelatin and different combinations of heparin and hyaluronic acid. They were characterized in order to evaluate the effect of composition on physicochemical properties related to cellular integration. Adipocyte-derived stem cells and urothelium were isolated from urinary tissues and expanded in culture. Mesenchymal stem cells were investigated so as to verify their multilineage potential. Each cellular type was seeded in matrices and after two weeks of culture the specimens were histologically analyzed. Additionally, urothelial cells expression of cytokeratin 7 was tested. Results: The addition of heparin to scaffolds decreased their electrostatic charges density, surface hydrophilicity and absorption capacity. Both cellular types were expanded in primary cultures and grew in all matrix types. Adipocyte-derived stem cells confirmed their multilineage potential. Urothelial cells maintained the cytokeratin 7 expression when cultured in matrices. Conclusion: Despite differences in composition and physicochemical properties, all matrices were able to support cellular attachment and proliferation.

Propósito: Os avanços obtidos pela engenharia de tecidos propiciaram o desenvolvimento de substitutos biológicos para tecidos urinários permanentemente danificados. O objetivo deste estudo é gerar um modelo para investigar as etapas fundamentais da formação de uma mucosa urotelial in vitro. Materiais e Métodos: Quatro tipos de matrizes foram produzidos com uma mistura de gelatina e diferentes combinações de ácido hialurônico e gelatina. Elas foram caracterizadas com o objetivo de verificar o efeito da modificação na composição sobre propriedades físico- -químicas relacionadas com a interação celular. As células utilizadas no estudo foram extraídas de segmentos do sistema urinário descartados após cirurgias. Após o período de cultura, tanto as células uroteliais quanto células-tronco derivadas de tecido adiposo foram semeadas nas matrizes manufaturadas. Cotes histológicos avaliaram a integração das células às matrizes. O multipotencial de diferenciação das células-tronco e a expressão de citoqueratina 7 pelo urotélio também foram investigados. Resultados: A maior interação da heparina com as moléculas da gelatina provocou uma redução na densidade de cargas eletrostáticas das matrizes. Este efeito também se refletiu na hidrofilicidade da superfície e na capacidade de absorção das matrizes em que a heparina estava presente. As células-tronco e o urotélio expandidos em culturas primárias demonstraram capacidade de proliferar em todas as matrizes. As células-tronco confirmaram seu multipotencial de diferenciação in vitro. As células uroteliais mantiveram a expressão de citoqueratina 7 ao serem cultivadas nas matrizes. Conclusão: Todas as matrizes produzidas suportaram a adesão e proliferação celulares. / Purpose: Advances in culture techniques and production of temporary matrices have allowed the development of biological substitutes to injured urinary tissues. The aim of this work is to generate a model to study the fundamental steps required to produce a urothelial mucosa in vitro. Materials and Methods: Four types of matrices were manufactured based on a mixture of gelatin and different combinations of heparin and hyaluronic acid. They were characterized in order to evaluate the effect of composition on physicochemical properties related to cellular integration. Adipocyte-derived stem cells and urothelium were isolated from urinary tissues and expanded in culture. Mesenchymal stem cells were investigated so as to verify their multilineage potential. Each cellular type was seeded in matrices and after two weeks of culture the specimens were histologically analyzed. Additionally, urothelial cells expression of cytokeratin 7 was tested. Results: The addition of heparin to scaffolds decreased their electrostatic charges density, surface hydrophilicity and absorption capacity. Both cellular types were expanded in primary cultures and grew in all matrix types. Adipocyte-derived stem cells confirmed their multilineage potential. Urothelial cells maintained the cytokeratin 7 expression when cultured in matrices. Conclusion: Despite differences in composition and physicochemical properties, all matrices were able to support cellular attachment and proliferation.

Propósito: Os avanços obtidos pela engenharia de tecidos propiciaram o desenvolvimento de substitutos biológicos para tecidos urinários permanentemente danificados. O objetivo deste estudo é gerar um modelo para investigar as etapas fundamentais da formação de uma mucosa urotelial in vitro. Materiais e Métodos: Quatro tipos de matrizes foram produzidos com uma mistura de gelatina e diferentes combinações de ácido hialurônico e gelatina. Elas foram caracterizadas com o objetivo de verificar o efeito da modificação na composição sobre propriedades físico- -químicas relacionadas com a interação celular. As células utilizadas no estudo foram extraídas de segmentos do sistema urinário descartados após cirurgias. Após o período de cultura, tanto as células uroteliais quanto células-tronco derivadas de tecido adiposo foram semeadas nas matrizes manufaturadas. Cotes histológicos avaliaram a integração das células às matrizes. O multipotencial de diferenciação das células-tronco e a expressão de citoqueratina 7 pelo urotélio também foram investigados. Resultados: A maior interação da heparina com as moléculas da gelatina provocou uma redução na densidade de cargas eletrostáticas das matrizes. Este efeito também se refletiu na hidrofilicidade da superfície e na capacidade de absorção das matrizes em que a heparina estava presente. As células-tronco e o urotélio expandidos em culturas primárias demonstraram capacidade de proliferar em todas as matrizes. As células-tronco confirmaram seu multipotencial de diferenciação in vitro. As células uroteliais mantiveram a expressão de citoqueratina 7 ao serem cultivadas nas matrizes. Conclusão: Todas as matrizes produzidas suportaram a adesão e proliferação celulares. / Purpose: Advances in culture techniques and production of temporary matrices have allowed the development of biological substitutes to injured urinary tissues. The aim of this work is to generate a model to study the fundamental steps required to produce a urothelial mucosa in vitro. Materials and Methods: Four types of matrices were manufactured based on a mixture of gelatin and different combinations of heparin and hyaluronic acid. They were characterized in order to evaluate the effect of composition on physicochemical properties related to cellular integration. Adipocyte-derived stem cells and urothelium were isolated from urinary tissues and expanded in culture. Mesenchymal stem cells were investigated so as to verify their multilineage potential. Each cellular type was seeded in matrices and after two weeks of culture the specimens were histologically analyzed. Additionally, urothelial cells expression of cytokeratin 7 was tested. Results: The addition of heparin to scaffolds decreased their electrostatic charges density, surface hydrophilicity and absorption capacity. Both cellular types were expanded in primary cultures and grew in all matrix types. Adipocyte-derived stem cells confirmed their multilineage potential. Urothelial cells maintained the cytokeratin 7 expression when cultured in matrices. Conclusion: Despite differences in composition and physicochemical properties, all matrices were able to support cellular attachment and proliferation.

A associação de matrizes produzidas por electrospinning (ES) e células-tronco tem sido apontada como uma alternativa promissora na reconstituição de tecidos. A associação de moléculas bioativas, tais como o fator de crescimento endotelial vascular (VEGF) em nanofibras, permite a libertação controlada do fator incorporado. Isso pode contribuir para a migração e diferenciação celular, tornando-se uma opção interessante para a regeneração de tecidos. Neste trabalho foi analisado a influência da incorporação do VEGF em matrizes de poli(ácido láctico-co-glicólico) (PLGA) produzidas por ES. As análises de adesão, viabilidade celular e citotoxicidade dos biomateriais foram realizadas em três grupos de matrizes: (1) PLGA/BSA/VEGF, (2) PLGA/BSA, (3) PLGA 13%. As análises físico-químicas das matrizes como morfologia, diâmetro da fibra, degradabilidade, solvente residual, ângulo de contato, propriedades mecânicas, eficiência de incorporação e liberação controlada do VEGF foram realizadas. As nanofibras apresentaram superfície lisa sem beads com poros interconectados, semelhantes às da MEC. Observou-se melhora na adesão celular nas matrizes PLGA/BSA/VEGF quando comparadas aos demais grupos. As matrizes foram atóxicas para as células. Portanto, a associação entre matrizes de nanofibras com fatores de crescimento incorporados e células-tronco pode ser uma estratégia útil para a engenharia de tecidos (ET). / The association of matrices produced by electrospinning (ES) and stem cells has been considered as a promising alternative for the recovery of tissue. The association of bioactive molecules, such as vascular endothelial growth factor (VEGF) in nanofibres, allows the controlled release of the incorporated factor. It can contribute to cellular migration and differentiation, becoming an interesting option for tissue regeneration. In this work, the influence of VEGF incorporation on a poly(lactic-co-glycolic acid) (PLGA) scaffold produced by ES was analyzed. The analysis of cell adhesion, cell viability and biomaterials cytotoxicity was carried out in three matrice groups: (1) PLGA/BSA/VEGF; (2) PLGA/BSA, (3) PLGA 13%. The physical-chemical analysis assessment of morphology, fiber diameter, residual solvent, degradability, contact angle, mechanical properties, loading efficiency and controlled release of VEGF were performed. Nanofibres showed smooth surfaces without beads with interconnected pores, similar to those of ECM. An improvement in cell adhesion was observed for the matrices of PLGA/BSA/VEGF when compared to the other groups. The matrices were non toxic for the cells. Therefore, the association between nanofibre matrices loaded with growth factors and stem cells may be a useful strategy for tissue engineering.

Os scaffolds produzidos por electrospinning (ES) são ferramentas bastante atrativas para a engenharia de tecidos (ET). Mimetizando fisicamente a matriz extracelular natural, esses scaffolds atuam como suportes para o desenvolvimento celular. Contudo, uma ocupação celular uniforme nesses scaffolds permanece sendo um problema a ser resolvido. Neste trabalho, células-tronco foram integradas a scaffolds de PLGA ainda durante a sua produção com o objetivo de se obter uma melhor distribuição celular por toda a estrutura do biomaterial. Para a obtenção desses scaffolds contendo células-tronco (SCCT), as técnicas de ES e bio-electrospraying (BES) foram associadas. Os SCCT foram caracterizados quanto a suas propriedades físico-químicas e biológicas. As fibras produzidas apresentaram-se lisas, bem distribuídas e com características mecânicas e de degradação adequadas a diferentes aplicações na ET. As células integradas aos SCCT mantiveram-se viáveis e foram capazes de se proliferar dentro dessa estrutura ao longo do período de cultivo. Cortes histológicos dos SCCT demonstraram que as células estavam bem distribuídas em toda a arquitetura do biomaterial. Esses resultados sugerem que a associação do ES e BES é uma técnica interessante para a produção de scaffolds tridimensionais integrados a células, tornando-se uma alternativa viável para uso na engenharia de tecidos. / Scaffolds produced by electrospinning (ES) are very attractive tools for tissue engineering (TE). These scaffolds act by mimicking physically the native extracellular matrix as carriers for cell growth. However, a uniform cell occupation of scaffolds remains a problem to be solved. In this study, stem cells were integrated into the PLGA scaffolds during their production in order to obtain better cell distribution throughout the biomaterial structure. The ES and bio-electrospraying (BES) techniques were associated to obtain these scaffolds containing stem cells (SCCT). The SCCT were characterized by their physicochemical and biological properties. Smooth and well distributed fibers, with suitable mechanical and degradation characteristics were obtained which allows different applications in TE. The cells incorporated onto SCCT remained viable and are capable of proliferating in this structure during cell culture. The cells were well distributed throughout the biomaterial architecture as observed in histological sections of SCCT. These results suggest that association between ES and BES is an interesting technique to produce 3D cell integrated scaffolds, making it a viable alternative for tissue engineering.

Made available in DSpace on 2014-12-02T11:16:36Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2014-03-17Bitstream added on 2014-12-02T11:21:11Z : No. of bitstreams: 1 000800651.pdf: 2977752 bytes, checksum: 092cc7fa32e70c8eafda726bb4d3972f (MD5) / A engenharia de tecidos tem como perspectiva desenvolver opções terapêuticas para quadros clínicos com prognóstico limitado, objetivando substituir ou regenerar os tecidos lesados por meio do uso de biomateriais. A metodologia baseia-se no cultivo de células sobre uma matriz ou scaffold que deve ser otimizado para minimizar o risco de infecções e permitir a liberação das moléculas bioativas no local pretendido. As propriedades dos diversos biomateriais são essenciais para o sucesso da metodologia e estes podem ser manipulados de forma a mimetizar a arquitetura da matriz nativa. Assim, nos propomos a desenvolver um novo biocompósito baseado em celulose bacteriana (CB)/ fibroína (FB) visando aplicações em regeneração tecidual na odontologia, em 3 concentrações diferentes (CB/FB25%, CB/FB50% e CB/FB75%). Estes foram caracterizados por análise termogravimétrica, Espectroscopia Vibracional na Região do Infravermelho (FT-IR), Difração de Raios-X, e Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV), demonstrando boa estabilidade físico-química, inclusive resitência à degradação térmica em altas temperaturas. A investigação da citocompatibilidade foi conduzida por meio de testes in vitro apenas com as amostras de CB/FB50%. Os testes aplicados foram MTT, azul de tripano, adesão e proliferação celular. As análises estatísticas foram realizadas por meio do software Graph Prism 5.0. Os resultados demonstraram que o material desenvolvido é biocompatível e não citotóxico. As imagens de MEV revelaram um número muito maior de células aderidas à superfície dos scaffolds de CB/FB quando comparado ao de CB pura. Com base nos dados obtidos é possível sugerir que o nanocompósito baseados em CB/FB50% configura uma excelente alternativa como scaffold para a reparação de tecidos. / Tissue engineering has the purpose of developping therapeutic options especially designed to be used on limited clinical conditions, aiming to replace or regenerate damaged tissues applying biomaterials for that. The method is based on the cultivation of cells on a matrix or scaffold that should be optimized to offer minimum risk of infections and allow the release of bioactive molecules at the desired location. The success of the methodology depends on Biomaterials’ properties that can be manipulated to mimic the three-dimensional architecture of native tissues extracellular matrix. Thus, we purpose to prepare a new nanocomposite based on bacterial cellulose (BC) / fibroin (SF) aiming at applications in the process of tissue regeneration in dentistry. Three different material’s compositions were prepared (BC/SF 25 % BC/SF 50 % and BC/SF 75 %) and all of them were characterized by thermogravimetric analysis, Vibrational Spectroscopy in the Infrared Region (FT-IR), X-ray diffraction, and Scanning Electron Microscopy (SEM). The material showed good physical and chemical stability including resistance to thermal degradation at high temperatures. The investigation of the cytocompatibility was realized just using the samples BC/SF 50 % and the in vitro tests conducted were MTT, Trypan Blue, cell adhesion and proliferation assays. The statistical analysis was done applying the software Graph Pad Prism 5.0. The results showed that the developed nanocomposite is biocompatible and non-cytotoxic. SEM images revealed a greater number of cells attached to the scaffold CB / FB surface when compared to pure CB scaffolds. Based on the data obtained, it is possible to suggest that the nanocomposite based on CB/FB50% configures an excellent alternative as a scaffold for tissue repair.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:23:07Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2012-03-29Bitstream added on 2014-06-13T19:29:04Z : No. of bitstreams: 1 silva_ram_me_botfm.pdf: 1186641 bytes, checksum: c18744f1e2c1cdbd7d42ab759103305c (MD5) / Levando-se em consideração avanços tecnológicos na área médica, a engenharia de tecidos (ET) surgiu como um capítulo do livro da Medicina Regenerativa a qual se caracteriza pelo desenvolvimento e manipulação de moléculas, células, tecidos, ou órgãos, desenvolvidos em laboratório, para apoiar ou substituir a função de partes do corpo defeituosas ou danificadas. Dentre os principais desafios está a abordagem dos chamados biomateriais ou scaffolds, que atuam como substratos adesivos para as células implantadas, propiciando suporte físico tridimensional e auxílio no crescimento de um tecido organizado, como é o caso do polímero constituído de quitosana. A quitosana é um polissacarídeo derivado da quitina, o qual apresenta propriedades inerentes dos biomateriais, sendo aqui apresentado sob a forma de membrana. Assim, foram aliadas técnicas derivadas da biotecnologia para a viabilização do uso desse biomaterial, in vivo, à demanda existente por alternativas visando restabelecer as funções vesicais para então,posteriormente, se constituir a materialização da Ampliação vesical. Propor o interfaceamento das áreas de urologia e de Engenharia de Tecidos visando à aplicabilidade do scaffold de quitosana em bexiga. Padronizar critérios necessários para o devido emprego da membrana in vivo. Foram produzidos dois grupos de membranas divididos em três subgrupos cada, elencados em função da concentração de ácido usado para diluição do polímero, quantidade de quitosana em gramas e acréscimo ou não de fatores de crescimento de plaquetas, sendo os subgrupos diferenciados pela denominação “Membranas não Dopadas” e “Dopadas”. Amostras de células de tecido muscular liso de bexiga foram retiradas de coelhos e submetidas a testes de caracterização por imunocitoquímica (ICQ) e citometria de... / Due to medicine technological advances, tissue engineering (TE) has emerged as a Regenerative Medicine chapter, characterized by the development and manipulation of molecules, cells, tissues, and organs, cultivated in laboratory to support or replace body´s defective or damaged functions or parts. One of the main challenges is the approach of the biomaterials or scaffolds, responsible to guide and explore living tissue interactions between synthetic materials to optimize processes such as fixation, recognition, and colonization. As adhesive substrates for cells implanted; they provide tridimensional physical support assisting an organized tissue growth. Chitosan polymer is a polysaccharide derived from chitin that demonstrates inherent properties of biomaterials, presented here in a membrane form. Therefore, biotechnological techniques to validate the use of this biomaterial in vivo were allied to the demand for alternatives in order to restore bladder function, instigating bladder augmentation materialization. Propose to interface Urology and TE in order to apply the Chitosan scaffold in bladder. Standardize necessary criteria for the proper membrane use in vivo. Each one of the two groups of membranes produced was divided into three subgroups, listed according to the addition or not of Platelet Growth Factors. They were called “doped membranes” and “no doped membranes”, respectively. Rabbit´s bladder smooth muscle cells samples were removed and characterized by immunocytochemistry (ICC) and flow cytometry (FC) techniques for subsequent implant in the scaffolds. In relation to the membranes, it was proposed a standardized production of the different subgroups; sterilization by the Sterrad® method; adhesion test; evaluation of cellular cytotoxicity using Caspase-3- and Annexin... (Complete abstract click electronic access below)

A associação de matrizes produzidas por electrospinning (ES) e células-tronco tem sido apontada como uma alternativa promissora na reconstituição de tecidos. A associação de moléculas bioativas, tais como o fator de crescimento endotelial vascular (VEGF) em nanofibras, permite a libertação controlada do fator incorporado. Isso pode contribuir para a migração e diferenciação celular, tornando-se uma opção interessante para a regeneração de tecidos. Neste trabalho foi analisado a influência da incorporação do VEGF em matrizes de poli(ácido láctico-co-glicólico) (PLGA) produzidas por ES. As análises de adesão, viabilidade celular e citotoxicidade dos biomateriais foram realizadas em três grupos de matrizes: (1) PLGA/BSA/VEGF, (2) PLGA/BSA, (3) PLGA 13%. As análises físico-químicas das matrizes como morfologia, diâmetro da fibra, degradabilidade, solvente residual, ângulo de contato, propriedades mecânicas, eficiência de incorporação e liberação controlada do VEGF foram realizadas. As nanofibras apresentaram superfície lisa sem beads com poros interconectados, semelhantes às da MEC. Observou-se melhora na adesão celular nas matrizes PLGA/BSA/VEGF quando comparadas aos demais grupos. As matrizes foram atóxicas para as células. Portanto, a associação entre matrizes de nanofibras com fatores de crescimento incorporados e células-tronco pode ser uma estratégia útil para a engenharia de tecidos (ET). / The association of matrices produced by electrospinning (ES) and stem cells has been considered as a promising alternative for the recovery of tissue. The association of bioactive molecules, such as vascular endothelial growth factor (VEGF) in nanofibres, allows the controlled release of the incorporated factor. It can contribute to cellular migration and differentiation, becoming an interesting option for tissue regeneration. In this work, the influence of VEGF incorporation on a poly(lactic-co-glycolic acid) (PLGA) scaffold produced by ES was analyzed. The analysis of cell adhesion, cell viability and biomaterials cytotoxicity was carried out in three matrice groups: (1) PLGA/BSA/VEGF; (2) PLGA/BSA, (3) PLGA 13%. The physical-chemical analysis assessment of morphology, fiber diameter, residual solvent, degradability, contact angle, mechanical properties, loading efficiency and controlled release of VEGF were performed. Nanofibres showed smooth surfaces without beads with interconnected pores, similar to those of ECM. An improvement in cell adhesion was observed for the matrices of PLGA/BSA/VEGF when compared to the other groups. The matrices were non toxic for the cells. Therefore, the association between nanofibre matrices loaded with growth factors and stem cells may be a useful strategy for tissue engineering.