Associação entre o ácido valpróico e o fator de crescimento de fibroblastos em matrizes produzidas por eletrofiação coaxial no tratamento da lesão da medula espinal em ratos

Abstract

Diversos estudos têm sido realizados em busca de tratamentos para a lesão da medula espinal (LME) e o uso de estratégias da medicina regenerativa mostra-se promissor para promover o reparo no local da lesão. Os scaffolds de microfibras, produzidos por eletrofiação coaxial podem fornecer uma ponte para conectar as áreas de tecidos lesados na LME e desempenhar papéis ativos quando associados a moléculas bioativas. O fator de crescimento de fibroblastos 2 (FGF-2) e o ácido valpróico (VPA) têm sido descritos na literatura como importantes agentes que promovem neuroproteção e neuroregeneração. No presente trabalho, dois tipos de scaffolds foram produzidos pela técnica de eletrofiação coaxial, um deles contendo FGF-2 e o outro contendo VPA, no interior das microfibras. O potencial biológico desses biomaterias foi analisado em testes in vivo e in vitro. As fibras foram caracterizadas por microscopia eletrônica de varredura, de transmissão e confocal, bem como pela medida do ângulo de contato e das propriedades mecânicas. Além disso, estudos in vitro foram realizados para avaliar a liberação dessas substâncias dos scaffolds. A bioatividade do FGF-2 e do VPA foi analisada através de testes com células PC12, uma linhagem celular derivada de feocromocitomas de ratos geralmente utilizadas para estudos de scaffolds que visam a regeneração neural. As microfibras foram implantadas em um modelo de LME por hemisecção em ratos e, posteriormente, foram realizadas análises da recuperação motora, histologia e a quantificação da expressão de marcadores neurais. Os scaffolds produzidos por eletrofiação coaxial apresentaram microfibras uniformes com estrutura núcleo-casca e características morfológicas e mecânicas compatíveis para aplicação na LME. Os testes de liberação indicaram uma liberação rápida das duas substâncias nas primeiras oito horas de incubação e o FGF-2 foi detectado no meio por pelo menos 30 dias. As fibras coaxiais contendo tanto FGF como VPA suportaram a adesão, viabilidade e proliferação das células PC12. Além disso, o FGF-2 liberado induziu a diferenciação desse tipo celular. Enquanto o VPA provocou a redução da viabilidade dessas células como já descrito na literatura. A análise histológica do tecido da medula demonstrou que os scaffolds implantados in vivo foram integrados ao local da lesão. Os scaffolds com FGF-2 promoveram melhora locomotora dos animais aos 28 dias após a lesão e também reduziram a expressão de GFAP no local da lesão, indicando diminuição da cicatriz glial. Esses resultados indicam o excelente potencial dos scaffolds produzidos para o tratamento da LME.

Several studies have been performed in search of treatments for spinal cord injury (SCI) and the use of regenerative medicine strategies is promising for promoting repair at the site of injury. Microfiber scaffolds, producing by coaxial electrospinning, can provide a bridge to connect the injured tissue areas in the SCI and play active roles when associated with bioactive molecules. The basic fibroblast growth factor (FGF-2) and valproic acid (VPA) have been described in the literature as important agents that promote neuroprotection and neuroregeneration. In this work, two types of biomaterials were produced by the coaxial electrospinning technique, one of them containing FGF-2 and the other containing VPA inside the microfibers. The biological potential of these scaffolds was analyzed using in vitro and in vivo tests. The fibers were characterized by scanning electron microscopy, transmission electron microscopy, laser confocal scanning microscopy, water contact angle and mechanical properties. In vitro studies were conducted to evaluate the release of these substances from the scaffolds . The bioactivity of FGF-2 and VPA was analyzed by tests with PC12 cells, a cell line derived from pheochromocytomas of rats commonly used for studies of scaffolds when the aim is neural regeneration. The microfibers were implanted in a hemisection SCI rat model and after 6 weeks the behavioral and histological analyses were performed; the expression of neural markers was quantified. The scaffolds produced by coaxial electrospinning presented uniform microfibers with core-shell structure and compatible morphological and mechanical characteristics for application in the SCI. Release tests indicated a rapid release of the two substances within the first hours of incubation and the FGF-2 was detected in the medium for at least 30 days. Coaxial fibers containing both FGF and VPA supported adhesion, viability and proliferation of PC12 cells. In addition, FGF-2 released by the fibers showed that its bioactivity was inducing the differentiation of this cell type, while VPA caused the reduction of PC12 cell viability, as already described in the literature. Histological analysis of the spinal cord tissue demonstrated that scaffolds implanted in vivo were integrated at the lesion site. PLGA and FGF- 2/PLGA scaffolds promoted locomotor improvement at 28 days post-injury and also reduced GFAP expression at the site of the lesion, indicating a decrease in glial scarring. These results indicate the excellent potential of the scaffolds produced for the treatment of SCI.