Orientador: Maria Helena Andrade Santana / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-27T09:34:05Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Shimojo_AndreaArrudaMartins_D.pdf: 2752681 bytes, checksum: 11e9996d95e39a313bd958eee397ff40 (MD5) Previous issue date: 2015 / Resumo: Este trabalho teve como objetivo estudar o desempenho in vitro do plasma rico em plaquetas (PRP) com scaffolds de ácido hialurônico (AH) ou quitosana (CHT) como um scaffold compósito para a proliferação e diferenciação osteogênica de células tronco mesenquimais derivadas de tecido adiposo humano (h-AdMSCs). O PRP é um produto autólogo obtido do sangue total (WB). O ácido hialurônico é um glicosaminoglicano e principal componente do fluido sinovial. A quitosana é um polissacarídeo natural encontrado principalmente na carapaça de crustáceos. O PRP puro (P-PRP, rico em plaquetas e pobre em leucócitos) foi obtido a partir da centrifugação controlada do WB, e ativado com os agonistas soro autólogo e cálcio. Os scaffolds foram estruturados em micropartículas ou esponjas, para atender os requisitos de formulações injetáveis ou sólidas, respectivamente. Nesse contexto, os seguintes scaffolds foram preparados e caracterizados: sólidos porosos (esponjas) de quitosana não estabilizados (PCHTs) e estabilizados (SPCHTs); micropartículas de quitosana-tripolifosfato de sódio (iCHT-TPPs); micropartículas e esponjas de ácido hialurônico autorreticulado (ACPs) e de ácido hialurônico reticulado com 1,4-butanodiol diglicidil éter (HA-BDDE); e esponjas e micropartículas de ACP e CHT (PECs). PCHTs foram preparados por congelamento e liofilização de soluções de CHT, variando a concentração e as condições de congelamento. As estabilizações foram realizadas pelo tratamento dos PCHTs com hidróxido de sódio, série de etanol ou reticulação com tripolifosfato. Os iCHT-TPPs foram preparados por reticulação iônica de quitosana com TPP em diferentes razões mássicas. ACPs foram obtidos por autoesterificação organocatalisada. HA-BDDE foi preparado por eterificação dos grupos hidroxílicos do HA com o epóxido BDDE. PECs foram preparados por reticulação iônica do ACP com a CHT. Para a preparação de scaffolds compósitos, P-PRP ativado contendo h-AdMSCs foi imediatamente pipetado sobre a superfície dos scaffolds. Os resultados mostraram que os scaffolds não apresentam citotoxicidade. Micrografias obtidas por microscopia eletrônica de varredura mostraram compatibilidade estrutural com as redes de fibrina formadas no interior dos poros ou na superfície de scaffolds compósitos. Os scaffolds compósitos estimularam o crescimento de h-AdMSCs e a diferenciação osteogênica. Os scaffolds compósitos também promoveram liberação gradual dos fatores de crescimento PDGF-AB e TGF-?1. Assim, concluímos que os scaffolds compósitos estudados neste trabalho são promissores para engenharia de tecidos, particularmente para a cicatrização e regeneração óssea, no âmbito da medicina regenerativa / Abstract: This work aimed to study the in vitro performance of platelet-rich plasma (PRP) with scaffolds of hyaluronic acid (HA) and/ or chitosan (CHT) as a composite scaffold for proliferation and osteogenic differentiation of human adipose-derived mesenchymal stem cells (h-AdMSCs). The PRP is an autologous product obtained from whole blood (WB). Hyaluronic acid is a glycosaminoglycan and the main component of the synovial fluid. Chitosan is a natural polysaccharide found mainly in the carapace of crustaceans. The pure PRP (P-PRP, rich in platelet and poor in leukocytes) was obtained from controlled centrifugation of WB, and activated with the agonists autologous serum and calcium. The scaffolds were structured in microparticles or sponges, to comply the requirements of injectable or solid formulations, respectively. In this context, the following scaffolds were prepared and characterized: chitosan porous solid (sponge) unstabilized (PCHTs) and stabilized (SPCHTs); chitosan-sodium tripolyphosphate microparticles (iCHT-TPPs); microparticles and sponges of auto-crosslinked hyaluronic acid (ACPs) and of hyaluronic acid crosslinked with 1,4-butanediol diglycidyl ether (HA-BDDE); and microparticles and sponges of ACP and CHT (PECs). PCHTs were prepared by freezing and lyophilization of CHT solutions, varying the concentration and freezing conditions. Stabilization was performed by treating the PCHTs with sodium hydroxide, an ethanol series or by crosslinking with tripolyphosphate. The iCHT-TPPs were prepared by ionic crosslinking of chitosan with TPP at different mass ratios. ACPs was prepared by organocatalyzed auto-esterification. HA-BDDE was prepared by etherification of the hydroxyl groups of HA with the epoxide BDDE. PECs were prepared by ionic crosslinking of ACP with CHT. For the preparation of composite scaffolds, activated P-PRP containing h-AdMSCs was immediately pipetted onto the surface of the scaffolds. The results showed that the scaffolds do not exhibit cytotoxicity. Micrographs obtained by scanning electron microscopy (SEM) showed structural compatibility with fibrin networks formed inside the pores or on the surface of scaffolds. The composite scaffolds stimulated the growth of h-AdMSCs and osteogenic differentiation. Composite scaffolds also promoted gradual release of growth factors PDGF-AB and TGF-?1 and osteogenic differentiation. Thus, we conclude that the composite scaffolds studied in this work are promising for tissue engineering, particularly for healing and bone regeneration in regenerative medicine / Doutorado / Engenharia Química / Doutora em Engenharia Quimica

Apresenta-se uma retrospectiva histórica do conhecimento e aplicação da engenharia biomédica/bioengenharia no Brasil; no período do século XX, enfocando a história da arte brasileira com relação à engenharia biomédica/bioengenharia, evidenciando perspectivas de desenvolvimento deste interessante campo de conhecimento. Por razões metodológicas e didáticas dividirão a engenharia biomédica/bioengenharia em áreas de aplicação: cardiologia, ortopedia, odontologia, oftalmologia, medicina regenerativa coadunando as áreas de ciências exatas e da terra onde, por exemplo, os conhecimentos das propriedades dos materiais utilizados, são evidenciados como composição química, estrutura, propriedades e aplicações, contextualmente definida como aplicação da engenharia biomédica/bioengenharia na medicina, de forma transitória ou permanente pelos diversos tecidos dos organismos dos seres vivos. Eles são utilizados como um todo ou parte de um biológico que trata, restaura ou substitui algum tecido, órgão ou função do corpo humano ou ainda como um material não viável utilizado em um dispositivo médico, com a intenção de interagir com o sistema biológico. A definição de bioengenharia foi encarada nessa dissertação de forma a direcionar a pesquisa de campo em empresas e núcleos que desenvolvem biomateriais, entrevistas com pessoas que vivenciaram o desenvolvimento da bioengenharia no Brasil, preparando um compêndio da história da bioengenharia no Brasil, no século XX / Show up a historical retrospective of knowledge and appliance of biomedic engineering in Brazil, on period of XX century, focus the history of brazilian art with relation of biomedic engineering, connecting perspective of development of this interesting knowledge filld. For methodological and didactic reasons biomedic engineering was divide in areas of appliance cardiologic, orthopedic, odontology, ophthalmology, regenerate medicine connecting areas of exact science and earth where, for example, the knowledge of property of material used, are evidence like chemistry composition, structure, properties and appliances contextualmente defined like appliance of biomedic engineering in medicine, on transitory or permanent form by several tissues of creature organisms. They are used as a whole or a part of a biological than treat, repair or replace some tissue, organ or function of human body or even like a material not possible to use in a medical gadget, with purpose of interragir with a biological system. The definition of bioengineering was look at in that dissertation so that direction to research field in enterprises and centers that development biomaterials, interview with peoples that live the development of bioengineering in Brazil, make compêndio of brazilian bioengineering history, on XX century

Estudos recentes em medicina regenerativa utilizam estruturas de crescimento celular conhecidas como scaffolds: um scaffolds é uma estrutura porosa feita de material biodegradável. Essas estruturas ajudam na formação e reconstituição de novos tecidos, servindo como suporte para o crescimento e proliferação celular. Esses podem ser fabricados utilizando processos de manufatura aditiva (MA). O processo utilizado na pesquisa foi o FFF (Fused Filament Fabrication), que se baseia em fundir polímero e extrudá-lo em forma de filamento para produção de peças tridimensionais para confecção dos scaffolds. O polímero utilizado na pesquisa foi o ácido poliláctico (PLA), por ser biocompatível. Uma possível forma de aumentar a rugosidade de superfície é gerar uma geometria diferente na seção transversal do filamento extrudado que forma o scaffold. Assim, o scaffold adquiriria a micro-rugosidade ou nanorrugosidade (rugosidade superficial do material utilizado e inerente do processo), e a macrorrugosidade (geometria gerada ao longo de seu comprimento): a micro-rugosidade, para fins deste trabalho, será considerada como a rugosidade (acabamento de uma superfície); a macrorrugosidade (ou macrogeometria) será considerada, para fins deste trabalho, como a textura que se apresenta na forma de uma seção transversal de um filamento extrudado. Para gerar essa macrotextura, é necessário gerar na ferramenta bico extrusor uma geometria diferente na saída do bico. Geralmente, na saída do bico extrusor é feito um furo de geometria circular. Foi proposto neste estudo utilizar uma geometria diferente de um círculo na saída do bico, geometria essa a ser transferida ao filamento durante o momento da extrusão. A alteração desta geometria requer a utilização de técnicas não convencionais de usinagem. Neste projeto foram produzidos filamentos modificados a fim de melhorar a citocompatibilidade no scaffold. A morfologia foi analisada in vitro e o novo bico gerou filamentos impressos com diferenças na citocompatibilidade e com mudanças nos aspectos morfológicos das células quando comparadas àquelas aderidas aos filamentos convencionais. / Recent studies in regenerative medicine use cell growth structures known as scaffolds: a scaffold is a porous structure made of biodegradable material. These structures aid in the formation and reconstitution of new tissues, serving as a support for cell growth and proliferation. They are manufactured using additive manufacturing (AM) processes. The technology executed in this research was the FFF (Fused Filament Fabrication), which is based on melting polymer in the form of a filament and extruding it for the production of three-dimensional parts for the manufacture of scaffolds. The polymer used in this research was the polylactic acid (PLA), which was used because it is biocompatible. One possible way to increase surface roughness is to generate a geometry in the cross section of the extruded filament forming the scaffold. Thus, the scaffold would acquire the micro-roughness or nano roughness (surface roughness of the material used and inherent in the process), and the macro-roughness (texture generated along its length): the micro-roughness, for purposes of this work, will be considered a roughness (surface finish); The macro-roughness (or macro-geometry) will be considered, for purposes of this work, as the texture which is in the form of a cross-section of an extruded filament. To generate this texture (macro-roughness) it is necessary to generate a macro-geometry in the nozzle extruder tool. Usually at the exit of the extruder nozzle is made a hole of circular geometry. It was proposed in this study to use a geometry different from a circle at the exit of the nozzle to be transferred to the filament during the moment of the extrusion. Altering this geometry requires the use of non-conventional machining techniques. In this project modified filaments were produced in order to improve cytocompatibility and for cell differentiation in the scaffold. The morphology was tested in vitro and the new nozzle was able to generate printed filaments with differences in cytocompatibility and with changes in the morphological aspects of the cells when compared to those adhered to the conventional filaments.

O uso de células-tronco mesenquimais (CTMs) na medicina regenerativa, principalmente quando associado ao sistema nervoso, requer alternativas em relação à via de aplicação. A associação da terapia celular com a nanotecnologia para uso em neurociências, desenvolvida nesse trabalho, é uma abordagem inovadora no Brasil. Dessa forma, as matrizes de nanofibras, produzidas pela técnica de electrospinning (ES), funcionam como suportes para a proliferação e diferenciação celular proporcionando uma alternativa para a reconstituição do tecido lesado. O processo de regeneração do tecido neural pode ser aperfeiçoado com a liberação controlada de fatores neurotróficos, através do uso dessas matrizes. Entre esses fatores, encontra-se o NGF (Nerve Growth Factor – fator de crescimento neural), o qual exerce um papel central no desenvolvimento, manutenção e sobrevivência dos neurônios. Além disso, características de superfície das matrizes, como o alinhamento de nanofibras, podem estimular a diferencição neural. O objetivo principal deste trabalho foi desenvolver matrizes de nanofibras alinhadas e não alinhadas com e sem o NGF incorporado, através da técnica ES de emulsão. Além disso, objetivou-se avaliar o comportamento celular, bem como a capacidade de diferenciação neural das CTMs, sobre as estruturas tridimensionais desenvolvidas. As CTMs foram extraídas da polpa de dentes decíduos esfoliados humanos. Quatro grupos de scaffolds foram desenvolvidos, caracterizados e avaliados: scaffolds com fibras randomizadas e com fibras alinhadas, sendo cada tipo com e sem o NGF incorporado. As análises físico-químicas realizadas foram morfologia, diâmetro das fibras e degradabilidade do biomaterial. Os parâmetros biológicos avaliados foram morfologia, adesão, viabilidade e proliferação celular, bem como a citotoxicidade frente ao biomaterial. A diferenciação neural foi quantificada através da expressão dos genes neurais nestina, β- III tubulina e NSE (enolase específica para neurônios). As matrizes de nanofibras produzidas mostraram-se satisfatórias para o cultivo de CTMs, mimetizando a estrutura física da matriz extracelular (MEC). Além disso, a técnica utilizada permitiu a obtenção de estruturas com nanofibras alinhadas e randomizadas. As CTMs cultivadas nas matrizes foram capazes de aderir e proliferar com vantagens para adesão nas matrizes alinhadas contendo o NGF, em relação às matrizes alinhadas controle. As estruturas produzidas não apresentaram características tóxicas permitindo que as CTMs mantivessem a viabilidade ao longo do tempo. A avaliação da diferenciação neural das CTMs indicou que todos os grupos de matrizes foram capazes de promover o aumento da expressão de genes neurais. Tal capacidade foi observada tanto para CTMs cultivadas sobre as matrizes com o meio controle quanto com o meio de indução neural. Esses achados mostram a possível influência das características químicas e topográficas providas pelos substratos produzidos. As características da matriz artificial permitem que as CTMs respondam adequadamente ao microambiente e expressem genes neurais, podendo auxiliar na regeneração tecidual quando aplicada em lesões do sistema nervoso. / The use of mesenchymal stem cells (MSCs) in regenerative medicine, particularly when associated with the nervous system, requires alternatives with respect to cell application methods. The association of cellular therapy with nanotechnology for use in neuroscience, developed with this work, is an innovative approach in Brazil. Scaffolds produced by electrospinning (ES) technique act as supports for cell proliferation and differentiation, providing an alternative to reconstitute the damaged tissue. The process of neural tissue regeneration can be improved through the controlled release of neurotrophic factors from the scaffolds. Among these factors, NGF (Nerve Growth Factor) plays a central role in the development, maintenance and survival of neurons. Furthermore, surface characteristics of nanofibers, such as alignment, can stimulate neural differentiation. The main objective of this study was to develop aligned nanofiber scaffolds and random nanofiber scaffolds with and without NGF incorporated through emulsion ES. In addition it was aimed to characterize the physico-chemical properties of the scaffolds, related to the extracellular matrix (ECM) and evaluate the cell behavior, as well as the neural differentiation on these three-dimensional devices. The MSCs were extracted from the dental pulp of human exfoliated deciduous teeth. Four groups of scaffolds were developed, characterized and evaluated: scaffolds with randomized fibers and with aligned fibers, each type with and without NGF incorporated. The physico-chemical analyzes performed were morphology, fiber diameter and degradability of the biomaterial. The biological parameters evaluated were cell morphology, adhesion, proliferation and viability, as well as cytotoxicity by the biomaterial. The neural differentiation was quantified by measuring gene expression for the neural genes nestin, β-III tubulin and NSE (neuron-specific enolase). The scaffolds produced demonstrated a satisfactory environment for MSC growth, mimicking the ECM physical structure. Furthermore, the technique allowed for the production of scaffolds with aligned and with randomized nanofibers. MSCs cultured on scaffolds were able to adhere and proliferate, with better adhesion performance on aligned nanofiber scaffolds with NGF incorporated, when compared to aligned nanofiber scaffolds control. The devices produced showed nontoxic characteristics permitting MSCs to maintain their viability over time. The evaluation of MSC neural differentiation indicated that all groups of scaffolds were able to upregulate neural genes expression. Such ability was observed for both MSCs cultured on scaffolds with control medium as on scaffolds under neural induction medium. These features provided by this artificial ECM permit proper MSC response to microenvironment, leading to neuronal genes expression, which could improve tissue regeneration when applied to nerve lesions.

Danos ao sistema nervoso central (SCN) resultam em perda de conexões axonais, das funções motoras e sensoriais. Uma das estratégias para seu reparo é o transplante de células-tronco mesenquimais (CTMs). Porém essa alternativa requer uma adequada via de aplicação. Nesse sentido, o uso de matrizes alinhadas pode ser usado para apoiar o crescimento e diferenciação das CTMs e, quando incorporadas com fatores de crescimento, otimizam o processo de regeneração tecidual. O objetivo desse trabalho foi avaliar a diferenciação neural das CTMs cultivadas sobre matrizes de nanofibras orientadas com o fator de crescimento epidermal (EGF) incorporado. Os scaffolds com fibras alinhadas foram produzidos por electrospinning de emulsão e avaliados conforme a sua morfologia, o diâmetro das nanofibras, a degradabilidade e a liberação do EGF. As CTMs utilizadas foram provenientes da polpa de dentes decíduos esfoliados humanos. Essas células foram cultivadas nos scaffolds e avaliadas conforme os testes biológicos: adesão, viabilidade, proliferação, citotoxicidade e diferenciação neural. Os scaffolds com fibras alinhadas controle (AC) e contendo o EGF (AE) apresentaram morfologia, diâmetro das nanofibras e tempo de degradação semelhantes. Com base no total de EGF presente na matriz AE, 90,14% foi liberado após 28 dias. O citoesqueleto e o núcleo das CTMs cultivadas nos scaffolds AC e AE estavam mais alongados e alinhados quando comparado com as CTMs cultivadas no poço de cultura (controle). As CTMs aderiram mais nas matrizes AE em relação às matrizes AC, porém a proliferação e viabilidade celular foram similares, exceto no tempo de 72 horas, o qual a viabilidade no grupo controle foi maior, em comparação aos demais grupos. Os scaffolds AC e AE não foram tóxicos para as CTMs. Em relação aos resultados da neuro-diferenciação, a expressão de nestina e neurofilamentos consideravelmente maior em todos os grupos analisados quando comparado ao grupo controle. A expressão de βIII-tubulina e GFAP foi maior em todos os grupos diferenciados quando comparada ao grupo controle. A maioria das CTMs cultivadas nas matrizes AC e AE, induzidas ou não à diferenciação neural, apresentaram correntes dependente de voltagem para sódio. O valor de condutância máxima foi maior para todos os grupos analisados quando comparado ao grupo controle onde as células não foram diferenciadas. Portanto, as matrizes com nanofibras orientadas induzem à diferenciação neural das CTMs em neurônios funcionais tanto na ausência como na presença de EGF incorporado. As matrizes AE ainda mostraram ser capazes de melhorar a adesão celular. Dessa forma, conclui-se que as matrizes de nanofibras estudadas são uma possível estratégia para otimização da regeneração de lesões neurológicas. / Damage to the central nervous system (CNS) results in loss of axonal connections and motor and sensory functions. One of the strategies for its repair is the transplantation of mesenchymal stem cells (MSCs). However, this requires a suitable application route. Accordingly, the use of scaffolds support the growth of MSCs and, when incorporated with growth factors, optimize the regeneration process. The purpose of this study was to evaluate the neural differentiation of MSCs cultured on nanofiber matrices oriented with epidermal growth factor (EGF) incorporated. Aligned scaffolds were produced by electrospinning emulsion and evaluated according to their degradation, the morphology and diameter of the nanofibers, and release of EGF from the nanofibers. MSCs used were from human exfoliated deciduous teeth (SHED). These cells were cultured on the scaffolds and evaluated according to biological tests: adhesion, viability, proliferation, cytotoxicity and neural differentiation. The aligned control scaffolds (AC) containing EGF (AE) presented similar morphology, diameter of nanofibers and degradation time. Based on the total EGF present in the scaffold AE, 90.14% was released after 28 days. The cytoskeleton and the core of the MSCs cultured on scaffolds AC and AE were more aligned and elongated when compared to the MSCs grown on plate wells (control). MSCs adhered more to matrices AE when compared to matrices AC, although proliferation and cell viability were similar, except after 72 hours. In this period, the viability of the control group was higher when compared to the rest of the groups. Scaffolds AC and AE were not toxic to MSCs. In regard to the results of neuro-differentiation, the expression of nestin and neurofilament was much higher in all groups than the control group. The expression of βIII tublin and GFAP was higher in all differentiated groups than the control group. Most of the MSCs grown in matrices AC and AE, induced or not to neural differentiation, showed voltage-dependent sodium currents. The maximum value of conductance of these groups was higher for the cells in all groupscompared to the control group, where the cells were not differentiated. Therefore, oriented nanofiber matrices induce neural differentiation of MSCs into functional neurons both in the absence and in the presence of incorporated EGF. The matrices AE also showed improved cell adhesion. Thus, these matrices are a possible strategy for optimizing the regeneration of neurologic lesions.

Orientador: Hamilto Akihissa Yamamoto / Coorientador: José Carlos Sozua Trindade Filho / Coorientador: Eunice Deffune / Banca: Juliany Gomes Quitzan / Banca: Paulo Roberto Kawano / Banca: Wagner José Fávaro / Banca: Renata Aparecida de Camargo Bittencourt / Resumo: A engenharia de tecidos tem se mostrado promissora para o tratamento de lesões e doenças da uretra. No presente estudo, foi demonstrada a caracterização das células de músculo liso de bexiga de coelhos e seu implante em matrizes acelulares de aorta de suínos para reparo de lesão na uretra de coelhos. Aortas de dez suínos foram obtidas, descelularizadas e colocadas em cultura com células de músculo liso provenientes de bexiga de dez coelhos, para servirem como modelo no reparo de tecido uretral. As aortas foram descelularizadas com sodium dodecyl sulfate (SDS) a 0,1% e tiveram seu coeficiente de rigidez testado, cujos resultados demonstraram a mesma resistência antes e depois do processo. As células de músculo liso cultivadas foram caracterizadas por citometria de fluxo com o anticorpo anti-CD90 e por imunocitoquímica usando o anticorpo Anti-Alpha Smooth Muscle Actin (- SMA). Com os resultados da citometria de fluxo excluiu-se a possibilidade da presença de células-tronco mesenquimais ou fibroblastos junto à cultura de células de músculo liso, enquanto que com a imunocitoquímica comprovou-se o perfil das células de músculo liso. A viabilidade das células foi mantida em 99,31% quando em contato com a matriz, demonstrando que o modelo proposto é um excelente biomaterial para uso como scaffold de células. Seu uso na reconstrução de uretra com lesões complexas pode ser considerado com otimismo, podendo resolver problemas relacionados à quantidade insuficiente de tecido na região / Abstract: Tissue engineering has shown promise for treatment in urethras injuries and diseases. In the present study, we demonstrated the rabbits smooth muscle cells of the bladder characterization and their implantation in an acellular porcine aorta for repairing injuries in rabbits urethras. Ten porcine abdominal aortas were obtained and placed in culture with rabbit bladders smooth muscle cells from ten animals to serve as a template for the repair of urethral tissue. The aortas were deccelularized with 0.1% sodium dodecyl sulfate (SDS) and had a coefficient of stiffness test, whose results showed the same resistance before and after the process. The smooth muscle cultured cells were characterized by flow cytometry with anti-CD90 antibody and by immunocytochemistry using Anti-Alpha Smooth Muscle Actin (-SMA) antibody. The results of flow cytometry excluded the possibility of the presence of mesenchymal stem cells or fibroblasts by the smooth muscle cells culture, whereas immunocytochemistry confirmed the profile of smooth muscle cells. When in contact with the matrix, cell viability was maintained at 99.31%, demonstrating that the proposed model is an excellent biomaterial for use as cell scaffold. Its use in urethral complex lesions reconstruction can be seen with optimism and solve problems related to insufficient quantities of urinary tissue / Doutor

O uso de células-tronco mesenquimais (CTMs) na medicina regenerativa, principalmente quando associado ao sistema nervoso, requer alternativas em relação à via de aplicação. A associação da terapia celular com a nanotecnologia para uso em neurociências, desenvolvida nesse trabalho, é uma abordagem inovadora no Brasil. Dessa forma, as matrizes de nanofibras, produzidas pela técnica de electrospinning (ES), funcionam como suportes para a proliferação e diferenciação celular proporcionando uma alternativa para a reconstituição do tecido lesado. O processo de regeneração do tecido neural pode ser aperfeiçoado com a liberação controlada de fatores neurotróficos, através do uso dessas matrizes. Entre esses fatores, encontra-se o NGF (Nerve Growth Factor – fator de crescimento neural), o qual exerce um papel central no desenvolvimento, manutenção e sobrevivência dos neurônios. Além disso, características de superfície das matrizes, como o alinhamento de nanofibras, podem estimular a diferencição neural. O objetivo principal deste trabalho foi desenvolver matrizes de nanofibras alinhadas e não alinhadas com e sem o NGF incorporado, através da técnica ES de emulsão. Além disso, objetivou-se avaliar o comportamento celular, bem como a capacidade de diferenciação neural das CTMs, sobre as estruturas tridimensionais desenvolvidas. As CTMs foram extraídas da polpa de dentes decíduos esfoliados humanos. Quatro grupos de scaffolds foram desenvolvidos, caracterizados e avaliados: scaffolds com fibras randomizadas e com fibras alinhadas, sendo cada tipo com e sem o NGF incorporado. As análises físico-químicas realizadas foram morfologia, diâmetro das fibras e degradabilidade do biomaterial. Os parâmetros biológicos avaliados foram morfologia, adesão, viabilidade e proliferação celular, bem como a citotoxicidade frente ao biomaterial. A diferenciação neural foi quantificada através da expressão dos genes neurais nestina, β- III tubulina e NSE (enolase específica para neurônios). As matrizes de nanofibras produzidas mostraram-se satisfatórias para o cultivo de CTMs, mimetizando a estrutura física da matriz extracelular (MEC). Além disso, a técnica utilizada permitiu a obtenção de estruturas com nanofibras alinhadas e randomizadas. As CTMs cultivadas nas matrizes foram capazes de aderir e proliferar com vantagens para adesão nas matrizes alinhadas contendo o NGF, em relação às matrizes alinhadas controle. As estruturas produzidas não apresentaram características tóxicas permitindo que as CTMs mantivessem a viabilidade ao longo do tempo. A avaliação da diferenciação neural das CTMs indicou que todos os grupos de matrizes foram capazes de promover o aumento da expressão de genes neurais. Tal capacidade foi observada tanto para CTMs cultivadas sobre as matrizes com o meio controle quanto com o meio de indução neural. Esses achados mostram a possível influência das características químicas e topográficas providas pelos substratos produzidos. As características da matriz artificial permitem que as CTMs respondam adequadamente ao microambiente e expressem genes neurais, podendo auxiliar na regeneração tecidual quando aplicada em lesões do sistema nervoso. / The use of mesenchymal stem cells (MSCs) in regenerative medicine, particularly when associated with the nervous system, requires alternatives with respect to cell application methods. The association of cellular therapy with nanotechnology for use in neuroscience, developed with this work, is an innovative approach in Brazil. Scaffolds produced by electrospinning (ES) technique act as supports for cell proliferation and differentiation, providing an alternative to reconstitute the damaged tissue. The process of neural tissue regeneration can be improved through the controlled release of neurotrophic factors from the scaffolds. Among these factors, NGF (Nerve Growth Factor) plays a central role in the development, maintenance and survival of neurons. Furthermore, surface characteristics of nanofibers, such as alignment, can stimulate neural differentiation. The main objective of this study was to develop aligned nanofiber scaffolds and random nanofiber scaffolds with and without NGF incorporated through emulsion ES. In addition it was aimed to characterize the physico-chemical properties of the scaffolds, related to the extracellular matrix (ECM) and evaluate the cell behavior, as well as the neural differentiation on these three-dimensional devices. The MSCs were extracted from the dental pulp of human exfoliated deciduous teeth. Four groups of scaffolds were developed, characterized and evaluated: scaffolds with randomized fibers and with aligned fibers, each type with and without NGF incorporated. The physico-chemical analyzes performed were morphology, fiber diameter and degradability of the biomaterial. The biological parameters evaluated were cell morphology, adhesion, proliferation and viability, as well as cytotoxicity by the biomaterial. The neural differentiation was quantified by measuring gene expression for the neural genes nestin, β-III tubulin and NSE (neuron-specific enolase). The scaffolds produced demonstrated a satisfactory environment for MSC growth, mimicking the ECM physical structure. Furthermore, the technique allowed for the production of scaffolds with aligned and with randomized nanofibers. MSCs cultured on scaffolds were able to adhere and proliferate, with better adhesion performance on aligned nanofiber scaffolds with NGF incorporated, when compared to aligned nanofiber scaffolds control. The devices produced showed nontoxic characteristics permitting MSCs to maintain their viability over time. The evaluation of MSC neural differentiation indicated that all groups of scaffolds were able to upregulate neural genes expression. Such ability was observed for both MSCs cultured on scaffolds with control medium as on scaffolds under neural induction medium. These features provided by this artificial ECM permit proper MSC response to microenvironment, leading to neuronal genes expression, which could improve tissue regeneration when applied to nerve lesions.

Danos ao sistema nervoso central (SCN) resultam em perda de conexões axonais, das funções motoras e sensoriais. Uma das estratégias para seu reparo é o transplante de células-tronco mesenquimais (CTMs). Porém essa alternativa requer uma adequada via de aplicação. Nesse sentido, o uso de matrizes alinhadas pode ser usado para apoiar o crescimento e diferenciação das CTMs e, quando incorporadas com fatores de crescimento, otimizam o processo de regeneração tecidual. O objetivo desse trabalho foi avaliar a diferenciação neural das CTMs cultivadas sobre matrizes de nanofibras orientadas com o fator de crescimento epidermal (EGF) incorporado. Os scaffolds com fibras alinhadas foram produzidos por electrospinning de emulsão e avaliados conforme a sua morfologia, o diâmetro das nanofibras, a degradabilidade e a liberação do EGF. As CTMs utilizadas foram provenientes da polpa de dentes decíduos esfoliados humanos. Essas células foram cultivadas nos scaffolds e avaliadas conforme os testes biológicos: adesão, viabilidade, proliferação, citotoxicidade e diferenciação neural. Os scaffolds com fibras alinhadas controle (AC) e contendo o EGF (AE) apresentaram morfologia, diâmetro das nanofibras e tempo de degradação semelhantes. Com base no total de EGF presente na matriz AE, 90,14% foi liberado após 28 dias. O citoesqueleto e o núcleo das CTMs cultivadas nos scaffolds AC e AE estavam mais alongados e alinhados quando comparado com as CTMs cultivadas no poço de cultura (controle). As CTMs aderiram mais nas matrizes AE em relação às matrizes AC, porém a proliferação e viabilidade celular foram similares, exceto no tempo de 72 horas, o qual a viabilidade no grupo controle foi maior, em comparação aos demais grupos. Os scaffolds AC e AE não foram tóxicos para as CTMs. Em relação aos resultados da neuro-diferenciação, a expressão de nestina e neurofilamentos consideravelmente maior em todos os grupos analisados quando comparado ao grupo controle. A expressão de βIII-tubulina e GFAP foi maior em todos os grupos diferenciados quando comparada ao grupo controle. A maioria das CTMs cultivadas nas matrizes AC e AE, induzidas ou não à diferenciação neural, apresentaram correntes dependente de voltagem para sódio. O valor de condutância máxima foi maior para todos os grupos analisados quando comparado ao grupo controle onde as células não foram diferenciadas. Portanto, as matrizes com nanofibras orientadas induzem à diferenciação neural das CTMs em neurônios funcionais tanto na ausência como na presença de EGF incorporado. As matrizes AE ainda mostraram ser capazes de melhorar a adesão celular. Dessa forma, conclui-se que as matrizes de nanofibras estudadas são uma possível estratégia para otimização da regeneração de lesões neurológicas. / Damage to the central nervous system (CNS) results in loss of axonal connections and motor and sensory functions. One of the strategies for its repair is the transplantation of mesenchymal stem cells (MSCs). However, this requires a suitable application route. Accordingly, the use of scaffolds support the growth of MSCs and, when incorporated with growth factors, optimize the regeneration process. The purpose of this study was to evaluate the neural differentiation of MSCs cultured on nanofiber matrices oriented with epidermal growth factor (EGF) incorporated. Aligned scaffolds were produced by electrospinning emulsion and evaluated according to their degradation, the morphology and diameter of the nanofibers, and release of EGF from the nanofibers. MSCs used were from human exfoliated deciduous teeth (SHED). These cells were cultured on the scaffolds and evaluated according to biological tests: adhesion, viability, proliferation, cytotoxicity and neural differentiation. The aligned control scaffolds (AC) containing EGF (AE) presented similar morphology, diameter of nanofibers and degradation time. Based on the total EGF present in the scaffold AE, 90.14% was released after 28 days. The cytoskeleton and the core of the MSCs cultured on scaffolds AC and AE were more aligned and elongated when compared to the MSCs grown on plate wells (control). MSCs adhered more to matrices AE when compared to matrices AC, although proliferation and cell viability were similar, except after 72 hours. In this period, the viability of the control group was higher when compared to the rest of the groups. Scaffolds AC and AE were not toxic to MSCs. In regard to the results of neuro-differentiation, the expression of nestin and neurofilament was much higher in all groups than the control group. The expression of βIII tublin and GFAP was higher in all differentiated groups than the control group. Most of the MSCs grown in matrices AC and AE, induced or not to neural differentiation, showed voltage-dependent sodium currents. The maximum value of conductance of these groups was higher for the cells in all groupscompared to the control group, where the cells were not differentiated. Therefore, oriented nanofiber matrices induce neural differentiation of MSCs into functional neurons both in the absence and in the presence of incorporated EGF. The matrices AE also showed improved cell adhesion. Thus, these matrices are a possible strategy for optimizing the regeneration of neurologic lesions.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:35:10Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2013-02-22Bitstream added on 2014-06-13T18:46:29Z : No. of bitstreams: 1 murador_p_dr_botfm.pdf: 1737625 bytes, checksum: 382b432b89ced80d3363c6e9187d9d58 (MD5) / A engenharia de tecidos tem se mostrado promissora para o tratamento de lesões e doenças da uretra. No presente estudo, foi demonstrada a caracterização das células de músculo liso de bexiga de coelhos e seu implante em matrizes acelulares de aorta de suínos para reparo de lesão na uretra de coelhos. Aortas de dez suínos foram obtidas, descelularizadas e colocadas em cultura com células de músculo liso provenientes de bexiga de dez coelhos, para servirem como modelo no reparo de tecido uretral. As aortas foram descelularizadas com sodium dodecyl sulfate (SDS) a 0,1% e tiveram seu coeficiente de rigidez testado, cujos resultados demonstraram a mesma resistência antes e depois do processo. As células de músculo liso cultivadas foram caracterizadas por citometria de fluxo com o anticorpo anti-CD90 e por imunocitoquímica usando o anticorpo Anti-Alpha Smooth Muscle Actin (- SMA). Com os resultados da citometria de fluxo excluiu-se a possibilidade da presença de células-tronco mesenquimais ou fibroblastos junto à cultura de células de músculo liso, enquanto que com a imunocitoquímica comprovou-se o perfil das células de músculo liso. A viabilidade das células foi mantida em 99,31% quando em contato com a matriz, demonstrando que o modelo proposto é um excelente biomaterial para uso como scaffold de células. Seu uso na reconstrução de uretra com lesões complexas pode ser considerado com otimismo, podendo resolver problemas relacionados à quantidade insuficiente de tecido na região / Tissue engineering has shown promise for treatment in urethras injuries and diseases. In the present study, we demonstrated the rabbits smooth muscle cells of the bladder characterization and their implantation in an acellular porcine aorta for repairing injuries in rabbits urethras. Ten porcine abdominal aortas were obtained and placed in culture with rabbit bladders smooth muscle cells from ten animals to serve as a template for the repair of urethral tissue. The aortas were deccelularized with 0.1% sodium dodecyl sulfate (SDS) and had a coefficient of stiffness test, whose results showed the same resistance before and after the process. The smooth muscle cultured cells were characterized by flow cytometry with anti-CD90 antibody and by immunocytochemistry using Anti-Alpha Smooth Muscle Actin (-SMA) antibody. The results of flow cytometry excluded the possibility of the presence of mesenchymal stem cells or fibroblasts by the smooth muscle cells culture, whereas immunocytochemistry confirmed the profile of smooth muscle cells. When in contact with the matrix, cell viability was maintained at 99.31%, demonstrating that the proposed model is an excellent biomaterial for use as cell scaffold. Its use in urethral complex lesions reconstruction can be seen with optimism and solve problems related to insufficient quantities of urinary tissue

Submitted by LINA MARIA DELGADO GARCIA (linadelgadomvz@gmail.com) on 2016-06-03T17:50:42Z No. of bitstreams: 1 Diss_LinaMDelgadoGarcia_PPG_MV_FMVZ.pdf: 5259973 bytes, checksum: 96b8449017ba967633f1d9ef9da7c741 (MD5) / Approved for entry into archive by Juliano Benedito Ferreira (julianoferreira@reitoria.unesp.br) on 2016-06-06T18:25:40Z (GMT) No. of bitstreams: 1 delgado-garcia_lm_me_bot.pdf: 5259973 bytes, checksum: 96b8449017ba967633f1d9ef9da7c741 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-06-06T18:25:40Z (GMT). No. of bitstreams: 1 delgado-garcia_lm_me_bot.pdf: 5259973 bytes, checksum: 96b8449017ba967633f1d9ef9da7c741 (MD5) Previous issue date: 2016-05-02 / No final dos anos 60, os experimentos em proliferação celular anunciaram a neurogênese adulta em mamíferos. Três décadas depois a relação entre neurogênese e células-tronco neurais (NSCs) foi estabelecida. Atualmente, as NSCs são objeto de pesquisas na medicina como modelo de estudo de múltiplos estados anormais e distúrbios orgânicos, além de se propor como uma estratégia em condições com poucas alternativas terapêuticas. Contudo o desenvolvimento destas terapias depende do entendimento dos mecanismos moleculares, celulares e biológicos que controlam a neurogênese e as NSCs. Assim, o objetivo deste trabalho foi o estudo das teorias no funcionamento dos nichos neurogênicos e as NSCs com ênfase na proliferação, migração e diferenciação, além da descrição dos aspectos celulares in vitro dos precursores neurais (NPCs) dos nichos neurogênicos dos mamíferos. Os nichos são regiões do sistema nervoso adulto que apresentam neurogênese pela presença das NSCs e um microambiente celular apropriado. Nos mamíferos existem pelo menos dois nichos, a zona subventricular (SVZ) dos ventrículos laterais e a zona subgranular (SGZ) do hipocampo. Os estudos revisados demostram que existem diferenças e semelhanças no comportamento das NSCs nos nichos neurogênicos adultos, levando a que a proliferação, migração e diferenciação seja menos efetiva quando comparada com o desenvolvimento embrionário. Para finalizar, se descreveu o protocolo para isolamento e cultivo dos NPCs e seus aspectos celulares. Os NPCs proliferaram como populações heterogêneas multipotentes. Após a diferenciação, as células migraram e apresentaram características morfológicas e imunofenotípicas de células neurais imaturas, com o predomínio de células gliais. Em conjunto, os NPCs in vitro mimetizam os aspectos gerais da neurogênese. / In the late 60`s, the experiments on cell proliferation announced adult neurogenesis in mammals. Three decades later, the link between neurogenesis and neural stem cells (NSCs) was recognized. Currently, NSCs are the matter of research in human and veterinary medicine as a model of multiple abnormal states and organic disorders, in addition to be proposed as a strategy for diseases and conditions with few therapeutic alternatives. However, the successful development of these therapies depends on the understanding of molecular, cellular and biological mechanisms that control neurogenesis and NSCs. Therefore, the aim of this work was the study of the theories on neurogenic niches and NSCs with focus in proliferation, migration and differentiation, beyond the description of the cellular aspects of in vitro neural precursors cells (NPCs) of the neurogenic niches of the mammals. The neurogenic niches are regions of the adult nervous system which display complete neurogenesis because of the presence of NSCs and an appropriate cell microenvironment. In mammals, there are at least two neurogenic niches, the subventricular zone (SVZ) of the lateral ventricles and the subgranular zone (SGZ) of the hippocampus. The reviewed studies showed that exists differences and similarities in the behavior of the adult NSCs in the neurogenic niches that lead to less effective proliferation, migration and differentiation; when compared with the embryonic development. Finally, was described the protocol for isolation and cultivation of NPCs and their cellular aspects. NPCs proliferated as heterogeneous multipotent populations. Differentiation analyses showed that cells migrated and showed morphological and immunophenotypical characteristics of immature cells with the predominance of glial cells. Overall, NPCs effectively reproduce the general aspects of neurogenesis.