Multilevel skin tissue engineering

: from particulate systems to 3D functional constructs

Resumo

A engenharia de tecidos é uma área interdisciplinar dedicada ao desenvolvimento de materiais funcionais que podem ser utilizados para regenerar, manter ou melhorar tecidos biológicos. De acordo com a Future Market Insights, líder de relatórios de investigação de mercado personalizado, o mercado da engenharia de tecidos está a registar um crescimento significativo tendo sido avaliado em 2,01 mil milhões de dólares em 2021 com perspectivas de atingir 13 mil milhões até 2029, a uma taxa de crescimento anual de 9,6%. A melhoria das práticas nos cuidados de saúde, os avanços tecnológicos e a sensibilização para a necessidade de opções de tratamento específicas para cada paciente são alguns dos principais factores que impulsionam o mercado. Como resposta à necessidade de materiais para reparar ou biomimetizar a pele, a comunidade académica e ciêntífica é caracterizada por um ecossistema inovador em constante evolução que se foca no desenvolvimento de diferentes abordagens de vanguarda para responder às diferentes necessidades existentes. Estas abordagens incluem partículas unidimensionais (1D) para feridas superficiais ou para posterior incorporação em matrizes 3D, com o objetivo de melhorar as suas propriedades biológicas ou mecânicas; géis e filmes 2D que podem ser utilizados para promover a cicatrização e prevenir infeções de feridas superficiais, assim como para servir de base para o desenvolvimento de estruturas mais elaboradas; e estruturas 3D, nomeadamente géis ou estruturas bioimpressas para promover a cicatrização de feridas e estruturas 3D mais complexas para estabelecer modelos de pele in vitro. Os sistemas particulados são caracterizados por um elevado rácio área de superfície/volume, o que aumenta a probabilidade de penetração e bio-interação na área da ferida. Com a correta composição das partículas, é possível estimular a proliferação e a sinalização célula a célula. Neste contexto, as partículas à base de cálcio podem desempenhar um papel importante na cicatrização e regeneração da pele. O cálcio é essencial na regulação de muitas funções da pele, incluindo a diferenciação dos queratinócitos, a formação da barreira cutânea da pele, e a promoção da sua homeostase. Os fosfatos de cálcio são a fonte de cálcio mais bem estabelecida em engenharia biomédica e apresentam-se como compostos promissores para aplicações em regeneração de pele. Estes materiais inorgânicos podem ser precipitados em condições de reação moderadas, permitindo a conjugação com diferentes moléculas e polímeros de interesse para criar formulações híbridas bioativas. São normalmente sintetizados em reatores de tanque agitado com baixa eficiência de micro-mistura, resultando em materiais heterogéneos com uma vasta gama de características físico-químicas. Neste contexto, a mistura de fluxo oscilatório surge como uma tecnologia alternativa para operar em modo contínuo, permitindo condições experimentais estáveis, como a concentração, pH e a temperatura, e conduzindo a um produto com características mais uniformes e controladas. Neste trabalho, foram produzidas nanopartículas inovadoras à base de fosfatos de cálcio em modo contínuo utilizando um reator modular inovador de fluxo oscilatório. A utilização deste reator permitiu a obtenção de partículas altamente controladas e homogéneas com taxas de produção elevadas. Para além disso, sericina, uma proteína da seda solúvel em água com elevado potencial regenerativo e ainda pouco explorada para aplicações biomédicas, foi co-precipitada com fosfatos de cálcio para criar novos sistemas híbridos bioactivos para a cicatrização e regeneração de feridas tecidulares. Em resposta a necessidades mais complexas, estruturas multidimensionais podem reproduzir com maior precisão a arquitetura e o microambiente dos tecidos nativos. Nesse sentido, a sericina e a fibroína da seda são polímeros naturais que apresentam uma excelente biocompatibilidade, versatilidade e facilidade de processamento que superam muitos biomateriais naturais e sintéticos. No entanto, embora a fibroína da seda esteja extensamente caracterizada e validada na literatura, no caso da sericina existe ainda pouca informação sobre o seu potencial biomédico A ausência de protocolos de extração eficientes para a obtenção de sericina como matéria-prima "pronta a usar", com propriedades preservadas, motivou o desenvolvimento de uma abordagem a diferentes níveis de complexidade para estabelecer as bases para a criação de géis 2D e estruturas 3D, incluindo 1) hidrogéis reticulados para a criação de novas plataformas para diferentes aplicações em engenharia de tecidos, 2) equivalentes de pele humana funcionalizados com partículas à base de fosfatos de cálcio e 3) estruturas bioimpressas utilizando pela primeira vez sericina reticulada enzimaticamente como bioink para produzir estruturas de suporte que poderão ser específicas para cada paciente.

Data do prémio	7 jun. 2024
Idioma original	English
Instituição de premiação	Universidade Católica Portuguesa
Supervisor	Ana Leite Oliveira (Supervisor), Filipa Juliana Fernandes Castro Freitas (Co-Orientador) & Fernando Alberto Nogueira da Rocha (Co-Orientador)