Desenvolvimento e caracterização inicial de biomaterial à base de colágeno e nanotubos de titanato para regeneração de tecido ósseo

Abstract

A regeneração de tecidos ósseos representa um dos principais desafios da medicina regenerativa, especialmente em casos de defeitos críticos que superam a capacidade de autorreparo do organismo. Neste contexto, a bioimpressão 3D surge como uma tecnologia promissora, permitindo o desenvolvimento de biotintas personalizadas capazes de mimetizar a matriz extracelular e favorecer a regeneração tecidual. O presente estudo teve como objetivo desenvolver e caracterizar uma biotinta tridimensional à base de colágeno incorporada com nanotubos de titanato (TNT), com foco em sua aplicação na engenharia de tecidos. A biotinta foi testada em modelos 3D contendo fibroblastos humanos, avaliando-se a citotoxicidade, morfologia, distribuição celular e comportamento migratório. Os resultados demonstraram que os TNTs apresentaram elevada biocompatibilidade, sem prejuízo à viabilidade ou morfologia celular, além de promoverem aumento na velocidade e eficiência da migração celular, sugerindo que a modulação da rigidez da matriz favorece a durotaxia. A análise de espectroscopia Raman confirmou a presença e distribuição homogênea dos nanotubos nas matrizes, bem como a preservação da estrutura do colágeno. As imagens de MEV evidenciam a adesão e interação das células com as matrizes contendo TNTs sugerindo adesão e interação célula-biomaterial. A análise por AFM demonstrou que a adição dos nanotubos de titanato não alterou significativamente a rugosidade superficial das matrizes, indicando que as propriedades topográficas favoráveis à adesão celular foram mantidas. Estes achados indicam que o biomaterial desenvolvido é promissor para aplicações em bioimpressão de tecidos ósseos, oferecendo uma alternativa funcional e personalizável para o tratamento de defeitos ósseos complexos.

Bone tissue regeneration represents one of the main challenges in regenerative medicine, particularly in cases of critical-size defects that exceed the body's self-repair capacity. In this context, 3D bioprinting emerges as a promising technology, enabling the development of customized bioinks capable of mimicking the extracellular matrix and promoting tissue regeneration. This study aimed to develop and characterize a three-dimensional collagen-based bioink incorporated with titanate nanotubes (TNTs), focusing on its application in tissue engineering. The bioink was tested in 3D models containing human fibroblasts, assessing cytotoxicity, morphology, cell distribution, and migratory behavior. The results demonstrated that the TNTs exhibited high biocompatibility, without impairing cell viability or morphology, and promoted increased speed and efficiency of cell migration, suggesting that modulation of matrix stiffness enhances durotaxis. Raman spectroscopy analysis confirmed the presence and homogeneous distribution of TNTs within the matrices, as well as the preservation of the collagen structure. SEM images showed cell adhesion and interaction with the TNT-containing matrices, suggesting effective cell–material integration. AFM analysis demonstrated that the addition of TNTs did not significantly alter the surface roughness of the matrices, indicating that the topographical features favorable to cell adhesion were maintained. These findings indicate that the developed biomaterial is promising for applications in bone tissue bioprinting, offering a functional and customizable alternative for the treatment of complex bone defects.