Estudo mecânico e biológico de matrizes poliméricas acrescidas de dexametasona

Abstract

Uma variedade de biomateriais são estudados para aplicação na engenharia de tecidos, entre os quais os scaffolds de ácido poli (láctico-co-glicólico) (PLGA), produzidos pela técnica de electrospinning. Por meio dessa técnica é possível adicionar diferentes moléculas bioativas durante o processo de produção do biomaterial, tais como a dexametasona (DEX). A DEX é caracterizada por o seu potencial anti-inflamatório e imunossupressor e pela sua capacidade de promover a diferenciação de células-tronco mesenquimais (MSCs) em linhagem osteogênica. Este estudo teve o objetivo de produzir e caracterizar scaffolds de PLGA com diferentes quantidades de DEX (100% puro) e verificar suas propriedades mecânicas, bem como a sua influência sobre MSCs de polpa de dentes decíduos. Sete grupos de scaffolds foram produzidos nas seguintes proporções: 1 parte de DEX para 20 partes de PLGA, identificado como 1:20. Seguindo este, 1:10, 1: 4, 1: 2, 3: 4 e 1: 1, partes de DEX:PLGA foram usadas. Assim, os seguintes grupos foram estudados: A: scaffolds de PLGA sem DEX (grupo controle); B: 1:20; C: 1:10; D: 1:4; E: 1:2; F: 3:4 e G: 1:1. A presença de DEX nos scaffolds e a sua taxa de libertação foi avaliada no decorrer de 21 dias por análise de luz UV (λ = 254 nm). Todos os scaffolds foram avaliados quanto às suas características físico-químicas por microscopia eletrônica de varredura (MEV) e por análise mecânica dinâmica (DMA). A interação dos scaffolds com as MSCs foi avaliada durante 21 dias por meio do ensaio de WST-8 e lactato desidrogenase (LDH). O potencial osteogênico dos scaffolds com DEX foi avaliada pela expressão de fosfatase alcalina, coloração com Alizarin Red e análise por RT-PCR. A análise por luz UV mostrou que após 21 dias de cultura, todos os grupos liberaram entre 73 a 79 % da DEX total presente nos scaffolds presente no início do experimento. As fotomicrografias de MEV mostraram fibras distribuídas de maneira aleatória em todos os grupos, com um grande número de poros interconectados. A análise de DMA mostrou que com o aumento da incorporação de DEX, o diâmetro das fibras e a espessura dos scaffolds também aumentou, enquanto o módulo de elasticidade não se alterou. O ensaio de WST-8 e LDH mostraram que ao longo de 21 dias a viabilidade celular aumentou nos grupos A, B, C e D, enquanto que diminuiu nos grupos E, F e G. Com base nos ensaios de avaliação osteogénica, pode-se observar que scaffolds com DEX não apresentaram tal potencial. A partir dos dados do presente estudo, pode ser concluído que os scaffolds com DEX surgem como uma ferramenta promissora para aplicação em engenharia de tecidos, no entanto, esta associação não apresentou potencial de promover a diferenciação osteogénica de MSCs.

A variety of biomaterials are undergoing studies for application in tissue engineering, among which are poly (lactic-co-glycolic) acid (PLGA) scaffolds, produced by the electrospinning technique. Through this technique, it is possible to add different bioactive molecules during the biomaterial production process, such as dexamethasone (DEX). DEX is characterized by its anti-inflammatory and immunosuppressive potential and by its ability to promote the differentiation of mesenchymal stem cells (MSCs) to osteogenic lineages. This study has aimed to produce and characterize PLGA scaffolds with different quantities of DEX (100% pure) and verifies the mechanical properties of the scaffolds, as well as the role of the scaffolds on the outcome of the MSCs from deciduous teeth. Seven groups of scaffolds were produced in the following proportions: 1 part DEX to 20 parts PLGA, identified as 1:20. Following this, 1:10, 1:4, 1:2, 3:4 and 1:1, DEX:PLGA parts were used. The following groups were studied: A: PLGA scaffold without DEX (control group); B: 1:20; C: 1:10; D: 1:4; E: 1:2; F: 3:4 and G: 1:1. The DEX presence in the scaffolds and its release rate from the scaffolds over 21 days were determined by UV light analysis (λ = 254 nm). All the scaffolds were evaluated for their physicochemical characteristics by scanning electron microscope (SEM) and by dynamic mechanical analysis (DMA). The interaction of the scaffolds with MSCs was assessed over 21 days by WST-8 and lactate dehydrogenase (LDH) assay. The osteogenic potential of the scaffold with DEX was assessed by alkaline phosphatase assay, Alizarin red staining and RT-PCR analysis. The UV light analysis showed that after 21 days of culture all the groups released between 73 to 79% of the total DEX present in the scaffolds at the beginning of the experiment. The SEM micrographs showed fibers distributed in a random manner in all groups, with a large number of interconnected pores. DMA analysis showed that with the increase of DEX incorporation, the fiber diameter and scaffolds thickness also increased while their elastic modulus did not change. The WST-8 and LDH assay showed that, over 21 days of culture, the cell viability increased in groups A, B, C and D, while decreased in groups E, F and G. Based on the osteogenic assays, it could be observed that the scaffolds with DEX did not have the osteogenic potential. From the data of this study, it can be concluded that the scaffolds with DEX appear to be a promising tool for application in tissue engineering, however, this association did not show the potential for promote the osteogenic differentiation.