Bioengineering production of extracellular matrices for urologic applications

Introdução: O uso de telas de polipropileno para reforço em cirurgias para correção de prolapso vaginal apresenta taxas de complicação de até 25%. Trata-se de doença de alta prevalência, acometendo até 30% das mulheres, cujas opções atuais de tratamento foram reduzidas após a descontinuação da fabricação dos reforços tradicionais por diversos fabricantes. Uma alternativa é a utilização de matrizes sintéticas de outros materiais e com outras configurações, possibilitando inclusive cultura de células em seu leito. A eletrofiação possibilita a produção e reprodução em larga escala dessas matrizes a partir de polímeros solúveis expostos a um campo elétrico. Objetivos: Estabelecer parâmetros de produção de matrizes com fibras híbridas e randômicas através de eletrofiação, demonstrar sua reprodutibilidade e implantar tal tecnologia em solo brasileiro. Testar as seguintes características teóricas das matrizes híbridas produzidas com acido polilático (PLLA): maior força tênsil nos testes biomecânicos e biocompatibilidade mantida para cultura celular. Estudar a influência da cultura de células-tronco mesenquimais derivadas de adipócitos (CTDA) sobre as propriedades mecânicas das matrizes estudadas. Avaliar a influência da hidrólise na perda de força tênsil das matrizes em experimentos de até 90 dias. Métodos: Foram produzidas matrizes de PLLA dissolvidos em diclorometano (DCM) nas configurações de fibras randômicas, alinhadas e um novo método foi desenvolvido para produção de matrizes híbridas. Foram realizados microscopia eletrônica, testes biomecânicos, testes de atividade metabólica e biocompatibilidade com cultivo de células-tronco derivadas de adipócitos, além de testes de degradação em meio de cultura por 90 dias para comparar as matrizes. Análise de variância (ANOVA) com teste de Tukey foram utilizados para comparação dos resultados obtidos nos experimentos quando aplicáveis. Resultados: A produção de matrizes híbridas foi possível ajustando-se os parâmetros de eletrofiação. Imagens de microscopia comprovaram o alinhamento e hibridização das fibras. Testes uniaxiais mostraram que as matrizes híbridas foram 3 a 4 vezes mais resistentes a tração do que as matrizes randômicas (p < 0,0001) preservando sua biocompatibilidade e afinidade celular. A incorporação de células às matrizes híbridas e o experimento de degradação mostraram quedas nas propriedades mecânicas de força tênsil máxima das matrizes híbridas a partir de 14 dias em meio de cultura, mas sempre se mantendo acima das propriedades dos tecidos nativos pelo período estudado de até 90 dias. Conclusões: Foi possível o desenvolvimento de nova técnica de eletrofiação para produção de matrizes híbridas de fibras alinhadas e randômicas com maior força tênsil, ainda sim mantendo sua afinidade celular. Tais matrizes enfraqueceram no período de 90 dias estudado, sem contudo apresentar valores abaixo dos fisiológicos, mostrando-se como opção promissora para substituição de telas de polipropileno em clínica. Estudos com animais são necessários para confirmar essa hipóteseIntroduction: Traditional reinforcement techniques for pelvic organ prolapse use mainly polypropylene meshes with complication rates up to 25%. It is a common disease with prevalence up to 30%, with reduced options of treatment after withdrawing of major companies from this market. An alternative is the use of synthetic matrices from other materials with other configurations, possibly with cell culture added. Electrospinning is a reproducible technique that uses solved polymers exposed to intense electric field to produce sheets like that. Objectives: Establish parameters to electrospin hybrid and random fibres and setup this technology in Brazil. Prove following theoretical characteristics of hybrid poly- L-lactide (PLLA) matrices: higher tensile strength in biomechanical tests with comparable biocompatibility. Study adipose derived stem cells (ADSC) culture impact over biomechanical properties of these matrices. Check hydrolysis influences on tensile strength up to 90 days. Methods: PLLA solved in dichloromethane (DCM) was electrospun in random fibres, align fibres and a novel method was developed to produce hybrid fibres. Electron microscopy (SEM), biomechanical tests, metabolic activity and biocompatibility with adipose-derived stem cells and additionally, degradation test up to 90 days in culture medium were performed to compare matrices. ANOVA with Tukey test of differences was used to compare experiment results. Results: The production of hybrid matrices was possible adjusting electrospinning parameters, SEM confirmed fibre\'s alignment and hybridization, uniaxial tests showed that hybrid matrices were 3 to 4 times stronger than random ones (p < 0,0001) maintaining its biocompatibility and cell affinity. Both cell incorporation to hybrid matrices and degradation experiment showed mechanical properties drop (ultimate tensile strength) after 14 days in culture medium but always keeping it above physiologic range up to 90 days studied. Conclusions: Development of new technique of electrospinning of hybrid matrices of align and random fibres was possible, with higher tensile strength and keeping the same cell affinity. These matrices showed drop in mechanical strength along 90 days of study but always above the natural tissues range being a promising option to polypropylene meshes in clinic. Further studies with animals are needed to confirm this hypothesi