Desenvolvimento de estruturas vasculares endotelizadas em Scaffolds de celulose bacteriana

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenheria QuímicaPesquisadores estão buscando soluções baseadas na adequação do microambiente físico para controlar respostas biológicas. Estudos recentes sugerem que alterações no microambiente influenciam substancialmente o comportamento das células endoteliais e apenas recentemente propriedades topográficas foram incorporadas como um componente essencial para a engenharia de tecidos vasculares. A celulose bacteriana (CB) tem sido investigada como biomaterial. A CB sintetizada pela bactéria Gluconacetobacter hansenii em condições de cultura estáticas forma uma membrana na interface entre o ar e o meio de cultivo. A membrana é constituída de uma superfície pelicular lisa (SP-BCM) formada na interface ar; seguida por uma região tecidual esponjosa (ST-BCM) que se estende até a outra superfície de interface com o meio de cultivo. Em condições agitadas de cultura bacteriana foram obtidas macroestruturas de CB meta-vascularizada. Adesão, viabilidade, proliferação, migração e morte celular das células endoteliais de veia umbilical humana (HUVECs) foram avaliados em função das características de superfície da CB (ST-BCM e SP-BCM ). As HUVECs aderem em ambas as superfícies da CB, apresentando-se morfologicamente arredondas na ST-BCM e espraiadas na SP-BCM. As HUVECs permaneceram viáveis em ambas as superfícies da membrana de CB após 20 dias de cultura, mas em maior quantidade na ST-BCM possivelmente pela capacidade de penetração, das HUVECs através desta superfície. Após três dias de cultura, houve declínio de viabilidade celular em ambas as superfícies da CB, sendo mais pronunciada na SP-BCM. A morte celular foi experimentalmente identificada como necrose, mas acredita-se que necrose secundária seja a causa da morte celular. Após caracterização do comportamento das HUVECs nas superfícies da CB as macroestruturas de CB foram endotelizadas. A endotelização dos meta-vasos da macroestrutura da CB foi alcançada após 30 dias de cultivo das HUVECs no interior dos vasos. A macroestrutura de celulose bacteriana mostrou ser uma plataforma promissora para o desenvolvimento de tecidos ou órgãos vascularizados, por permitir a endotelização, que compreende uma das etapas mais críticas dos processos in vitroResearchers have focused on solutions for adequacy of the physical microenvironment to control biological responses. Recent studies suggest that changes in the microenvironment greatly influence the behavior of endothelial cells and topographic properties have only recently been incorporated as an essential component of vascular tissue engineering. Bacterial cellulose (BC) synthesized by the bacterium Gluconacetobacter hansenii in static culture conditions as a membrane at the air/medium interface has been investigated as a biomaterial. The CB membrane obtained consists of a smooth peel surface (SP-BCM) formed at the interface with air, followed by a spongy tissue surface (ST-BCM), which extends to the other surface of interface with the medium. Under agitation conditions into the bacterial culture medium were obtained meta-vascularized BC macrostructures. Cell adhesion, viability, proliferation, migration and cell death of human umbilical vein endothelial cells (HUVECs) regarding their interaction with the surface properties of the membrane of BC (SP-BCM and ST-BCM) were evaluated. The HUVECs adhere to both surface of the BC and displays a morphologically rounded shape in the ST-BCM but an elongated feature as in SP-BCM. HUVECs remained viable in both surfaces of BC membrane even after 20 days of culture, but in higher quantities in the ST-BCM possibly due to the HUVECs capacity for invading that surface. After a 3-day period of culture, cell viability decrease in both BC surfaces, mainly on SP-BCM. Cell death was identified as necrosis, but interestingly its feature suggests that cell death was due to a secondary necrosis. After characterization of HUVEC lineage behavior on the both surfaces of BC membrane, the macrostructure was endothelized. The endothelization process of meta-vessels inside of BC macrostructure was attained after a period of 30 days of HUVECs-culture. The BC macrostructure properties has shown promising as a 3D-platform for development of vascular tissues or organs, by allowing endothelization, which comprises one of the most critical events of in vitro cell processe