Desenvolvimento de um modelo de cutivo de células-tronco da derme humana em hidrogel de carragenana extraído da alga vermelha Kappaphycus alvarezii

Abstract

As células tronco mesenquimais (CTMs) apresentam características como a multipotencialidade, auto-renovação e rápida expansão in vitro que as colocam numa posição estratégica e promissora para o uso em terapias celulares e na medicina regenerativa. A pele representa uma fonte de CTMs abundante, acessível e menos suscetível a questionamentos éticos. Atualmente, as células tronco mesenquimais da derme humana (CTMDH) tem sido pesquisadas quanto a sua habilidade em agir na cura, regeneração e reparo do tecido lesionado. O comportamento celular está intimamente associado ao complexo microambiente tridimensional presente no tecido nativo. Nesse sentido, scaffolds, feitos de polímeros naturais ou sintéticos, biocompatíveis e biodegradáveis vem sendo desenvolvidos. O hidrogel de carragenana tem atraído grande interesse devido a sua estrutura 3D e biocompatibilidade, conseguindo assim, mimetizar o microambiente encontrado pelas células in vivo. O presente trabalho teve como objetivo o desenvolvimento de um modelo para o cultivo de CTMDH, baseado na utilização do hidrogel produzido a partir de carragenana extraída da alga vermelha Kappaphycus alvarezii, cultivada no litoral do estado de Santa Catarina. Para isto, isolamos CTMDH a partir de fragmentos oriundos de cirurgias de lifting facial. Estas células foram cultivadas sob dois modelos: (1) CTMDH foram cultivadas sobre o hidrogel de carragenana; (2) CTMDH foram cultivadas encapsuladas em hidrogéis de carragenanas nativa e comercial (Sigma®). Os resultados do cultivo das CTMDH sobre o hidrogel de carragenana mostraram que nesta condição as células formaram dermo-esferas, as quais permaneceram em suspensão e num estado quiescente, com baixa taxa proliferativa. Devido a este comportamento atípico, as dermo-esferas foram transplantadas para placas de plástico. Nesta condição verificamos que as dermo-esferas conseguiram aderir e proliferar em superfície plástica. Elas também apresentaram marcação positiva para os marcadores de pluripotencialidade e para marcadores de CTMs diferenciadas. Além disso, estas células mantiveram a expressão dos antígenos característicos de CTMs e capacidade de diferenciação nos fenótipos adipogênico e osteogênico. Por outro lado, quando as CTMDH foram encapsuladas nos hidrogéis de carragenanas observou-se que as células apresentaram morfologia arredondada, apresentando pouca interação com gel. O ensaio de viabilidade por MTS e Qtracker demonstrou que no sétimo e oitavo dia há um aumento no número de células viáveis, porém no décimo quarto dia a viabilidade celular decai consideravelmente. A microscopia eletrônica de varredura (MEV) mostrou que a microestrutura dos hidrogéis de carragenanas é composta por uma estrutura altamente porosa. Desta forma, concluímos que o modelo de cultivo sobre o hidrogel de carragenana não apresentou desempenho satisfatório para sustentar a adesão, proliferação e sobrevida das CTMDH. Por outro lado, verificamos que foi possível desenvolver um bom modelo 3D com a técnica de encapsulamento das CTMDH em hidrogéis de carragenanas nativa e comercial.<br>

Abstract : Mesenchymal stem cells (MSCs) exhibit features such as multipotentiality, self-renewal and rapid expansion in vitro that place them in a promising and strategic position for use in cell therapy and regenerative medicine. The skin represents an abundant source of MSCs, readily accessible and less susceptible to ethical questions. Currently, mesenchymal stem cells from human dermis (MSCHD) are being researched for its ability to act in healing, regeneration and injured tissue repair. The unique cell behavior is closely related to the complex three-dimensional microenvironment present in native tissue. Thus, scaffolds made of natural or synthetic polymers, biocompatible and biodegradable are being developed. Carrageenan hydrogel has attracted great interest due to its 3D structure and biocompatibility. This study aimed to develop a model for growing MSCHD based on the use of a hydrogel made from carrageenan, a polysaccharide extracted from red seaweed Kappaphycus alvarezii grown on the cost of the state of Santa Catarina. MSCHD were obtained from fragments originated from facial-lifting. These cells were cultured in two models: (1) MSCHD were cultured on carrageenan hydrogel; (2) MSCHD were cultured encapsulated in native and commercial (Sigma®) carrageenan hydrogels. The results revealed that MSCHD cultured on carrageenan hydrogel formed dermo-spheres, which remained in suspension and in a quiescent state, with low proliferative rate. Due to its unusual behavior the dermo-spheres were transplanted to plastic dishes. In this condition we found that the dermo-spheres were able to adhere and proliferate on the plastic surface. Furthermore, dermo-spheres showed positive staining for markers of pluripotency and MSC differentiation. In addition, these cells maintained the expression of characteristic antigens of MSC and the ability to differentiate into osteogenic and adipogenic phenotypes. On the other hand, when MSCHD were encapsulated in native and commercial carrageenan hydrogels, they exhibited a rounded morphology displaying little interaction with the gels. The viability test by MTS and Qtracker demonstrated that in the seventh and eighth day there was an increase in the number of viable cells. However, in the fourteenth day cell viability decreases considerably. Scanning electron microscopic (SEM) revealed that carrageenan hydrogels microstructure is composed of a highly porous structure. Thus, we conclude that the culture of MSCHD on carrageenan hydrogel had not provided satisfactory performance to support adhesion, proliferation and cell survival. On the other hand, we were able to develop a good 3D model using encapsulation technique of MSCHD in native and commercial carrageenan hydrogels.