Desenvolvimento de um biomaterial a partir de colágeno de pele de tilápia para utilização como enxerto vascular em doenças arteriais periféricas

Abstract

Os enxertos vasculares sintéticos disponíveis atualmente possuem alta taxa de falha em vasos sanguíneos de pequeno diâmetro (< 6 mm). Assim, novos enxertos vasculares devem ser desenvolvidos para serem utilizados no tratamento das doenças vasculares, assim como as doenças arteriais periféricas (DAPs). Dessa forma, o objetivo do presente estudo foi desenvolver um biomaterial de poli(caprolactona) (PCL) associado ao colágeno extraído de pele de tilápia para utilização como enxerto vascular em DAPs. Esse tipo de colágeno está sendo bastante utilizado na engenharia de tecidos para o desenvolvimento de biomateriais, sendo que o mesmo pode ser associado à PCL, cujo polímero possui alta resistência mecânica e elasticidade. A combinação destes polímeros permite o desenvolvimento de um biomaterial com boas propriedades biológicas e mecânicas adequadas para uso como enxerto vascular. Assim, para esse trabalho, quatro tipos de biomateriais foram desenvolvidos, utilizando a técnica de electrospinning: biomateriais de PCL, biomateriais de PCL associada ao colágeno nas proporções 50:50 (PCL/Col 50:50) e 25:75 (PCL/Col 25:75) e biomateriais de PCL funcionalizados com colágeno (PCL/Func). A análise de espectrômetro no infravermelho com transformada de Fourier (FTIR) demonstrou que os biomateriais produzidos a partir da combinação dos dois polímeros apresentaram grupos funcionais da PCL e do colágeno. Os biomateriais de PCL, PCL/Col 50:50 e PCL/Col 25:75 apresentaram fibras com diâmetro de 1.145 ± 182,36 μm, 1.366 ± 268,26 μm e 1.263 ± 188,21μm, respectivamente. Estes resultados são considerados adequados para aplicação na engenharia de tecidos vasculares, devido ao diâmetro ser semelhante ao das fibras da matriz extracelular (MEC) natural. A morfologia destas fibras desenvolvidas por electrospinning possui semelhança aos feixes da MEC. A medida do ângulo de contato da superfície dos biomateriais demonstrou que o biomaterial de PCL é hidrofóbico e que a adição de colágeno às fibras de PCL contribuiu para que os biomateriais tivessem características hidrofílicas. As propriedades mecânicas demonstraram que os biomateriais de PCL, PCL/Func e PCL/Col 50:50 apresentaram módulo de Young de 0,299 MPa, 0,159 MPa e 0,248 MPa, respectivamente, indicando resultados satisfatórios para aplicação vascular. A caracterização biológica dos biomateriais demonstrou que as células endoteliais de veia umbilical humana (HUVECs) conseguiram se aderir e se proliferar sobre a superfície dos biomateriais.Ainda, a morfologia das HUVECs dos biomateriais de PCL/Col 50:50 e PCL/Col 25:75 apresentaram citoesqueleto alongado e espalhado, indicando que tiveram boa interação com a superfície desses biomateriais. A partir destes resultados, é possível concluir que adicionar domínios naturais aos polímeros sintéticos, permite que os biomateriais obtenham mais hidrofilicidade, maior adesão e viabilidade celular, sendo candidatos promissores para utilização como enxertos vasculares na engenharia de tecidos.

Currently available synthetic vascular grafts have a high failure rate in small diameter blood vessels (< 6 mm). Thus, new vascular grafts must be developed to be used in the treatment of vascular diseases, such as peripheral arterial diseases (PADs). Thus, the aim of this work has been to develop a poly(caprolactone) (PCL) biomaterial associated with collagen extracted from tilapia skin for use as a vascular graft in PADs. This type of collagen is being widely used in tissue engineering for the development of biomaterials. It can be associated with PCL as it has high mechanical strength and elasticity. The combination of these polymers allows for the development of a biomaterial with good biological and mechanical properties suitable for use as a vascular graft. Thus, for this work, four types of biomaterials were developed, using the electrospinning technique: PCL biomaterials, PCL biomaterials associated with collagen in the proportions 50:50 (PCL/Col 50:50) and 25:75 (PCL/Col 25:75) and collagen-functionalized PCL biomaterials (PCL/Func). The fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) analysis showed that the biomaterials produced from the combination of the two polymers presented functional groups of PCL and collagen. The PCL, PCL/Col 50:50 and PCL/Col 25:75 biomaterials presented fibers with diameters of 1.145 ± 182.36μm, 1.366 ± 268.26 μm and 1.263 ± 188.21μm, respectively. These results are considered suitable for application in vascular tissue engineering as the diameter is similar to that of natural extracellular matrix (ECM) fibers. The morphology of these fibers developed by electrospinning are similar to ECM bundles. The measurement of the contact angle of the surface of the biomaterials showed that the PCL biomaterial is hydrophobic and that the addition of collagen to the PCL fibers contributed to the biomaterials having hydrophilic characteristics. The mechanical properties showed that the PCL, PCL/Func and PCL/Col 50:50 biomaterials presented Young's modulus of 0.299 MPa, 0.159 MPa and 0.248 MPa, respectively, indicating satisfactory results for vascular application. The biological characterization of the biomaterials showed that human umbilical vein endothelial cells (HUVECs) were able to adhere and proliferate on the surface of the biomaterials. Furthermore, the morphology of the HUVECs from PCL/Col 50:50 and PCL/Col 25:75 biomaterials showed an elongated and spread cytoskeleton, indicating that they had good interaction with the surface of these biomaterials. From these results, it is possible to conclude that adding natural domains to synthetic polymers allows biomaterials to obtain more hydrophilicity, greater adhesion and cell viability, being, thereby, promising candidates for use as vascular grafts in tissue engineering.