Fabricação em um único passo de estruturas tubulares pré-endotelizadas num ambiente aquouso

Blood vessels are one of the most important constituents of the human body. They are responsible for maintaining tissue function and survival by providing oxygen and nutrients, as well as to provide essential molecules and biochemical signaling during tissue development and regeneration, which depend on the formation of new vascular structures. The ability to develop in vitro hollow and tubular structures capable of supporting cell functionality and mimicking biological architectures of native tissues such as blood vessels have the potential to foster scientific and technological advances in the fields of tissue engineering and regenerative medicine. Classical methods to fabricate self-sustained tubular structures are normally dependent on pre- and post-processing steps, or complex and non straightforward techniques, often incompatible with the fabrication of free-form architectures. The generation of tubular fiber-shaped materials through methods that allow their direct fabrication and their deposition in versatile shapes and directions in a spatial- and size-controlled manner may be key to overcome some of those limitations. Aqueous two-phase systems (ATPS), which behave as fully aqueous emulsions, have started to be recently explored in the biomedical field. Those are mostly used as templates for the generation of sophisticated biomaterials. Interfacial complexation of oppositely charged polyelectrolytes has been exploited as a valuable strategy for the production of materials using template ATPS. Most studies in the literature have focused at the fabrication of spherical shaped materials for the encapsulation of bioactive and delicate cargos. However, the production of fiber materials with a tubular structure by this strategy has been poorly explored, and its ability to allow cell encapsulation, viability and long-term culture has not been yet reported. In this project, we purpose a rapid strategy to fabricate hollow fiber-shaped materials in a full aqueous environment stabilized by an interfacial membrane resultant from the complexation of two naturally-derived oppositely charged polyelectrolytes. Simple straight or branched structures amenable to be perfused with liquids could be produced, and tubular features of the structures could be confirmed by scanning electron microscopy. The stability of the fabricated material was dependent on polyelectrolytes’ concentration, complexation time, and on the system’s pH. In addition, the mechanical properties and swelling behavior of the fibers could be tuned by complexation time, and their diameter could be tailored from millimeters to the micrometer scale. Encapsulation of human stem cells derived from adipose tissue (hASCs) demonstrated the ability of the system to withstand cell viability and adhesion up to 7 days, in systems containing cell adhesion sequences. Heterotypic fibers containing hASCs in co-culture with human umbilical vein endothelial cells (HUVECs) enabled endothelial cell survival for at least 14 days, which was confirmed by immunocytochemistry. This work may represent relevant advances on the easy and one-step fabrication of biomaterial-based structures with the ability to resemble native tubular tissues with biological relevance.Os vasos sanguíneos são um dos constituintes mais importantes do corpo humano. São responsáveis por manter a função e sobrevivência dos tecidos, fornecendo oxigénio e nutrientes, bem como por fornecer moléculas essenciais e sinalização bioquímica durante os processos de desenvolvimento e regeneração dos tecidos que dependem da formação de novas estruturas vasculares. A capacidade de desenvolver estruturas ocas e tubulares in vitro que visam apoiar a função celular e recriar arquiteturas biológicas de tecidos nativos, como vasos sanguíneos, têm potencial de promover avanços científicos e tecnológicos nas áreas de engenharia de tecidos e medicina regenerativa. Os métodos clássicos para fabricar estruturas tubulares são frequentemente dependentes de pré- e pós-processamento ou de técnicas complexas que por vezes não são facilmente implementáveis, muitas vezes incompatíveis com arquiteturas de forma livre. A criação de materiais tubulares em forma de fibra através de métodos que permitem a sua fabricação direta e a sua deposição em formas e direções versáteis de uma maneira espacialmente controlada e tamanho controlado, pode ser a chave para superar algumas dessas limitações. Os sistemas bifásicos aquosos (ATPS), que se comportam como emulsões totalmente aquosas, começaram a ser explorados recentemente no campo biomedicina. Esses são usados principalmente como modelos para a geração de biomateriais sofisticados. A complexação interfacial de polieletrólitos de carga oposta tem sido explorada como uma estratégia valiosa para a produção de materiais usando o modelo ATPS. A maioria dos estudos na literatura tem se concentrado na fabricação de materiais de formato esférico para o encapsulamento de cargas bioativas e delicadas. No entanto, a produção de materiais fibrosos com estrutura tubular por esta estratégia tem sido pouco explorada, e sua capacidade de permitir o encapsulamento celular, viabilidade e cultura a longo prazo ainda não foi reportada. Neste projeto, propomos uma estratégia rápida para fabricar materiais em forma de fibra oca num ambiente totalmente aquoso estabilizado por uma membrana interfacial resultante da complexação de dois polieletrólitos de origem natural e de carga oposta. Estruturas simples ou ramificadas capazes de suportar a perfusão de liquidos foram produzidas, na qual as suas caracteristicas tubulares poderam ser confirmadas por microscopia eletrónica de varrimento. A estabilidade do biomaterial mostrou-se dependente da concentração dos polieletrólitos e do tempo de complexação, bem como do pH do sistema. Além disso, as propriedades mecânicas e comportamento de swelling puderam ser ajustadas pelo tempo de complexação, e o seu tamanho foi definido compreendendo diâmetros que variam de escalas milimétricas a micrométricas. O encapsulamento de células-tronco humanas derivadas do tecido adiposo (hASCs) demonstrou a capacidade de suportar a viabilidade e adesão celular até 7 dias, em sistemas contendo sequências adesivas. Fibras heterotipicas contendo hASCs em co-cultura com células endoteliais da veia umbilical humana (HUVECs) contribuiram para a sobrevivência das células endoteliais por pelo menos 14 dias, confirmado por imunocitoquímica. Este trabalho pode representar avanços relevantes na fabricação fácil e em apenas um passo de biomateriais com a capacidade mimetizar tecidos tubulares nativos com relevância biológica.Mestrado em Biotecnologi