Preparation, characterization and application in tissue engineering of alginate/chitosan scaffolds associated with photodynamic processes for photobiostimulation

A engenharia tecidual é um campo novo e multidisciplinar cujo principal objetivo é a regeneração de tecidos e órgãos danificados empregando biomateriais, biomoléculas e células. Nesse contexto, scaffolds são estruturas porosas biodegradáveis e biocompatíveis que mimetizam a matriz extracelular (MEC) fornecendo uma estrutura ideal para o crescimento de células e tecidos. A utilização de laser de baixa potência é uma terapia inovadora e não invasiva, que pode ser empregada na engenharia tecidual atuando no processo de cicatrização, proliferação e diferenciação celular. O presente trabalho foi baseado em abordagens multidisciplinares para o desenvolvimento de um sistema, abrangendo áreas da engenharia tecidual, nanotecnologia e fotobiologia. Este trabalho foi dividido em três etapas principais. Primeiramente, realizou-se o desenvolvimento e a caracterização dos scaffolds à base de alginato e quitosana para adesão e proliferação de fibroblastos humano (HFF-1) e queratinócitos humano (HACAT). Posteriormente, em uma segunda etapa, realizou-se o desenvolvimento e caracterização físico-química de dois sistemas nanoestruturados (nanoemulsão (NE) e nanopartícula proteica (NpP)) para veiculação do fármaco fotossensibilizante (ftalociania de cloro-alumínio AlClPc), seguidos por ensaios de citotoxicidade in vitro utilizando cultura de fibroblasto (NIH 3T3). Na terceira e última etapa, foi avaliada a resposta biológica através da fotobiomodulação usando luz visível, aplicando luz laser de baixa potência na fluência de 40, 70,100 e 120 mJ/cm2 a células cultivadas em modelos tridimensionais (scaffolds) mimetizando ao máximo as condições in vivo. Os resultados obtidos foram promissores e mostraram que os scaffolds à base de alginato e quitosana funcionam como um sistema mimético eficiente da MEC, para crescimento da derme e epiderme em um sistema biológico. A fotobiomodulação utilizando a NE como nanossistema foi mais eficiente quando comparado com NpP acelerando o crescimento celular sobre a matriz poliméricaTissue engineering was a new field focusing on regeneration of damaged tissues and organs using biomaterials, biomolecules and cells. In this context, scaffolds are biodegradable and biocompatible porous structures mimicking the extracellular matrix (ECM), providing an ideal structure for cell and tissue growing. The use of low power laser is an innovative and noninvasive therapy, that could be employed in tissue engineering acting in the process of cell healing, proliferation and differentiation. The present work was based in multidisciplinary approaches for the development of a system, covering fields of tissue engineering, nanotechnology and photobiology. This, work was divided into three main topics: First, the development and characterization of alginate and chitosan-based scaffolds useful for adhesion and proliferation of human fibroblasts (HFF-1) and human keratinocytes (HACAT). Subsequently, in a second topic, the development and physicochemical characterization of two nanostructured systems, such as nanoemulsion (NE) and protein nanoparticle (NpP) were carried out designed for delivering of photosensitizing drug as chlorine aluminum phthalocyanine (AlClPc). Followed by in vitro cytotoxicity assays using fibroblast culture (NIH 3T3). In the third and las topic, evaluated the biological response through the Photobiomodulation using visible light, applying low power laser light (LLT) at the fluence of 40, 70,100 and 120 mJ/cm2 to cells growing into a three-dimensional models (scaffolds) mimicking, as much as possible, the in vivo conditions. The results obtained were promising and showed that alginate and chitosan-based scaffolds function as an efficient system mimic as expected ECM for dermal and epidermal growing biological system. Photobiomodulation using the NE as nanosystem showed more efficient increasing cell growth on the polymeric matrix when compared to Np