Produção, caraterização e estudo de migração de células na matriz dérmica do substituto de pele Skin2

Abstract

A engenharia de tecidos combina células, biomoléculas e biomateriais para projetar estruturas para substituir ou regenerar tecidos ou órgãos danificados. Embora diversos substitutos da pele já estejam disponíveis no mercado, nenhum deles promove uma regeneração completa de lesões cutâneas graves. A matriz extracelular é a estrutura que suporta a adesão, diferenciação e proliferação celular. O objetivo deste estudo é produzir um scaffold tridimensional com características idênticas às da matriz extracelular que promova a regeneração dos tecidos. De forma a obter-se scaffolds com as caraterísticas desejadas, utilizou-se o processo de liofilização para produzir amostras de quitosano (CS), gelatina (GEL), policaprolactona (PCL) e de polioxietileno (PEO) em diferentes concentrações. Submeteram-se as amostras a diferentes tempos de reticulação através de desidratação térmica a 120 °C e posteriormente realizaram-se diversas caracterizações nomeadamente, perda de massa, espetroscopia de infravermelho por transformada de Fourier, microscopia eletrónica de varrimento e culturas celulares de forma a analisar as suas propriedades bem como a influência do tempo de reticulação. Os resultados dos estudos de liofilizados permitiram concluir que tempos de reticulação entre 24h e 72h permitem obter uma estrutura final mais satisfatória sendo mecanicamente forte preservando as propriedades dos polímeros utilizados. Quanto às concentrações testadas, as amostras de 0,6% de cada polímero em solução são as que apresentam um tamanho de poro adequado à adesão, proliferação e migração celular. O processo de eletrofiação foi utilizado para produzir fibras de PEO. O objetivo era obtenção de fibras suficientemente grandes que permitam, numa fase final de obtenção do scaffold, originar canais essenciais à migração de células. Utilizaram-se diferentes pesos moleculares de PEO: 100 kDa, 400 kDa, 900 kDa, 2 MDa e 8 MDa. No entanto não foi possível obter fibras com um diâmetro regular e na gama das dezenas de micrómetros em qualquer uma das condições de produção testadas. O desenvolvimento de um novo substituto de pele que promova a regeneração será uma solução viável ao qual todas as pessoas terão acesso, num futuro próximo.

Tissue engineering combines cells, biomolecules and biomaterials to design structures to replace or regenerate damaged tissues or organs. Although different skin substitutes are already available on the market, none of them promote a full regeneration of serious skin injuries. The extracellular matrix is the structure that supports cell adhesion, differentiation and proliferation. The aim of this study is to produce a three-dimensional scaffold with characteristics similar to those of the extracellular matrix that promotes tissue regeneration. In this work, solution of chitosan (CS), gelatin (GEL), polycaprolactone (PCL) and polyethylene oxide (PEO) were produced at different concentrations using the freeze-drying process. CS and GEL samples were submitted to different crosslinking times through thermal dehydration (DHT) at 120 °C and subsequently characterized through mass loss, Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), scanning electron microscopy (SEM) and cell adhesion and proliferation in order to study their characteristics and the influence of the different crosslinking times. The results of the lyophilized studies allowed us to conclude that crosslinking times between 24h and 72h allow to obtain an adequate mechanically strong final structure preserving the properties of the polymers used. As for the concentrations tested, the samples of 0.6% are those that have a pore size suitable for cell adhesion, proliferation and migration. The electrospinning process was also used to produce PEO fibers with larger diameters in order to be used as sacrificial agent to create large pores in matrices composed by PCL, GEL and CS. PEO with different molar masses (100 kDa, 400 kDa, 900 kDa, 2 MDa e 8 MDa) were used. However, it was not possible to obtain fibers with regular diameters and in the range of tens of micrometers in any of the conditions tested. The development of new skin substitute that aids in healing will be a viable solution that soon everyone will have access to.