Production and characterization of bioactive biomaterials obtained from decellularized placentas

A bioengenharia de tecidos baseia-se no uso de moléculas bioativas, células-tronco e biomateriais para reparação de tecidos e/ou órgãos. Biomateriais podem ser classificados de acordo com sua origem em sintéticos ou biológicos. Biomateriais biológicos podem ser produzidos por decelularização, que visa a remoção de células da matriz extracelular (MEC), a qual deve manter sua integridade química e física. Placentas são órgãos de grande interesse na bioengenharia de tecidos visto que são descartadas após o parto e possuem grande volume de matriz extracelular. Métodos de decelularização podem ser classificados em químicos, físicos e enzimáticos. Todos conhecidamente causam alterações na MEC, sendo que a associação deles é comumente utilizada. Este trabalho comparou diferentes protocolos e estabeleceu um método mais favorável para a decelularização de placentas caninas, visando a produção de um biomaterial para futuras aplicações clínicas. Inicialmente ambas as porções - materna e fetal - das placentas foram submetidas à 10 protocolos, que avaliaram variáveis como concentração e tempo de incubação em detergentes, diferentes gradientes de temperatura e a influência da perfusão versus imersão das soluções, na MEC remanescente. Com base na transparência do tecido e na ausência de núcleo celular em cortes histológicos, dois protocolos foram selecionados (I e II). Além dos critérios já mencionados, ambos os protocolos foram comparados quanto à quantidade de DNA remanescente na MEC decelularizada e à permanência e distribuição de algumas das proteínas da matriz. O detergente SDS foi o mais eficaz na remoção de células, embora não tenha sido suficiente para promover uma decelularização tecidual completa. O congelamento prévio das placentas requereu um maior tempo de incubação posterior das amostras nos distintos detergentes. Ambos métodos de perfusão e imersão foram eficazes na remoção das células, embora grande concentração de proteínas do citoesqueleto tenham permanecido retidas na matriz. As amostras processadas pelo protocolo I (SDS 1%, 5mM EDTA + 50mM TRIS + 0,5% antibiótico, e Triton X-100 1%) apresentaram maior preservação da organização estrutural da MEC quando comparadas àquelas processadas de acordo com o protocolo II (que diferiu do anterior pela utilização de solução contendo 0,05% tripsina ao invés de 50mM TRIS), esse último método entretanto foi o que melhor removeu as células das placentas, conforme observado em lâminas histológicas e demonstrado pela menor concentração de DNA. Tanto as porções materna quanto fetal submetidas à ambos protocolos, mantiveram as proteínas laminina, fibronectina e colágeno tipo I. O colágeno tipo III foi observado somente na porção fetal. Conclui-se que o protocolo II foi o mais eficaz no processo de decelularização de placentas caninas tendo promovido a remoção do conteúdo celular e diminuição da concentração de DNA na MEC remanescente. No entanto é necessário otimizar o tempo de incubação das placentas em soluções enzimáticas visando maior conservação do arranjo da matriz decelularizada. A análise da capacidade da MEC decelularizada por tal método para ser utilizada em bioengenharia de tecidos ainda deve ser avaliada in vitro e in vivoTissue engineering is based on the use of bioactive molecules, stem cells and biomaterials to repair tissues and/organs. Biomaterials can be classified according to their origin in synthetic or biological. Biological biomaterials can be produced by decellularization wich aims at removing cells from the extracellular matrix (ECM), while maintain its chemical and physical integrity. Placentas are organs of great interest in tissue engineering due to the fact that they are discarded after birth and present large amount of ECM. Decellularization methods can be classified into chemical, physical and enzymatic. All of them are known to cause changes on ECM; thus their association has been commonly used. This study compared different protocols and established a more favorable method for decellularization of canine placentas, aiming at the production of a biomaterial for clinical applications. Initially both placental portions maternal and fetal were subjected to ten different protocols that evaluated variables such as concentration and time of incubation in detergents, different temperatures and the influence of perfusion versus immersion of solutions in the remaining ECM were analysed. The analysis of tissue transparence and absence of cellular nuclei in histological slices stained with HE, led to selection of two protocols (I and II). Besides the before mentioned criteria, both protocols were compared according to the amount of DNA that remained in the ECM decelullarized and the distribution of some ECM proteins. SDS was the most effective detergent for cell removal although it was not enough to complete decellularization. The freezing of placentas led to larger periods of samples incubation in different detergents. Both perfusion and immersion methods were capable of removing cells, although large concentration of cytoskeletal proteins remained entrapped in the matrix. Samples subjected to protocol I (1% SDS, 5 mM EDTA + 50 mM TRIS + 0,5% antibiotic, and 1% Triton X-100) better preserved the structural organization of ECM when compared to those subjected to protocol II (wich differed from the first by the use of 0,05% trypsin instead of 50mM TRIS). However, protocol II optimized cell removal as observed in histological slices and decreased the DNA concentration. Both maternal and fetal portions, subjected to both protocols, retained the laminin, fibronectin and collagen type I proteins. Collagen type III was identified only in fetal portion. In conclusion, protocol II was more effective in the decellularization of canine placentas than protocol I; it removed cellular content and decrease the concentration of remaining DNA in remaining ECM. The ability of ECM decellularized by such method to be applied in tissue engineering strategies still need to be evaluated in vitro and in viv