Funcionalização de hidrogéis de nanocelulose bacteriana para mimetização de microambiente tumoral

Abstract

O desenvolvimento de um sistema adequado de cultura de células em três dimensões (3D) para a seleção de fármacos anticâncer continua a ser uma necessidade não atendida. Um modelo 3D do microambiente tumoral simples, rápido, reprodutível e de baixo custo ainda não foi desenvolvido. Alterações do microambiente são fundamentais para a metástase e culturas em 3D podem ser utilizadas para estudar os mecanismos e efeitos que estas alterações causam na sinalização de células tumorais. O objetivo deste trabalho foi desenvolver modelos de bioengenharia para o estudo do comportamento de células endoteliais e células de melanoma que possam servir como matrizes para o rastreio de potenciais fármacos antitumorais. Primeiramente, hidrogéis de nanocelulose bacteriana (BNC) foram oxidados com HNO3/H3PO4-NaNO2, seguido por derivatização com um agente de acoplamento e finalmente, a heparina ou IKVAV foram imobilizadas sobre os hidrogéis através de ligações covalentes, funcionalizando assim esses biomateriais. O sucesso das imobilizações foi confirmado por técnicas de caracterização de materiais. As células endoteliais de veia umbilical humana (HUVECs) foram semeadas nas superfícies inferior e superior dos hidrogéis BNC e BNC-HEP e o comportamento celular foi observado. A superfície inferior do BNC-HEP é capaz de suportar a adesão celular, proliferação e induzir tubulogênese. Células de melanoma humano (SK-MEL-28) quando semeadas sobre as superfícies superior e inferior dos hidrogéis BNC e BNC-IKVAV adquiriram diferentes plasticidades tumorais como, por exemplo, o mimetismo vasculogênico. Os resultados aqui apresentados indicam que o comportamento celular pode ser controlado por interações simples com grupos funcionais em vez de biomoléculas solúveis ou materiais complexos, o que tornaria a produção de materiais para o estudo da angiogênese, mecanismos de invasão celular e mimetismo vasculogênico, mais baratos e facilmente controlados. Os biomateriais aqui desenvolvidos e estudados podem ser utilizados para a elucidação de diversos mecanismos celulares que levam à metástase tumoral. Assim, fármacos poderão ser testados contra diversas plasticidades celulares, visando o tratamento de câncer e de outras doenças de interesse biomédico.<br>

Abstract : The development of a suitable system of three dimensions in cell culture (3D) for the selection of anticancer drugs remains an unmet need. A 3D model of the tumor microenvironment simple, fast, reproducible and low cost has not yet been developed. Changes in the microenvironment are fundamental to metastasis and 3D cultures can be used to study the mechanisms and effects that these changes have on the signaling of tumor cells. The aim of this study was to develop bioengineering models for the study of endothelial cell behavior and of melanoma cells that can serve as matrix for the screening of potential anti-tumor drugs. First, hydrogels bacterial nanocelulose (BNC) were oxidized with HNO3/H3PO4-NaNO2, followed by derivatization with a coupling agent and finally heparin or IKVAV were immobilized on hydrogels by covalent bonds. The success of immobilization was confirmed by techniques for material characterization. Endothelial cells from human umbilical vein (HUVECs) were seeded in the top and bottom surfaces of hydrogels BNC and BNC-HEP and cell behavior was observed. The bottom surface of HEP-BNC is capable of supporting cell adhesion, proliferation and induce tubulogênese. Human melanoma cells (SK-MEL-28) when seeded on the upper and lower surfaces of hydrogels BNC and BNC-IKVAV acquired different tumor plasticities as, for example, vasculogenesis mimicry. The results presented herein indicate that the cellular behavior can be controlled by simple interactions with the functional groups instead of soluble biomolecule or complex materials. Thus, the production of material for the study of angiogenesis, cell invasion mechanisms and vasculogenesis mimicry can be easily controlled. Biomaterials developed and studied here may be used for the elucidation of many cellular mechanisms that lead to tumor metastasis. Thus, drugs can be tested against various cellular plasticity, targeting the treatment of cancer and other diseases of biomedical interest.