Estruturas tubulares de nanocelulose bacteriana para aplicações em engenharia tecidual vascular

Abstract

As doenças do aparelho circulatório são as principais causas de mortalidade no mundo. A principal característica das doenças cardiovasculares é a presença da aterosclerose, acúmulo de placas de gorduras nas artérias que impede a passagem do sangue. Na clínica, o tratamento da aterosclerose é realizado através de um bypass, e o enxerto autólogo é a prótese preferida para enxertos vasculares de pequeno calibre. Quando estes vasos não estão disponíveis, devido à progressão natural da doença ou por consecutivas cirurgias, a alternativa passa, geralmente, pelo uso de próteses heterólogas ou sintéticas. Neste contexto, o presente trabalho teve por objetivo a biossíntese de estruturas tubulares de nanocelulose bacteriana (BNC) de pequeno calibre produzidas pela bactéria Komagataeibacter hansenii, além da modificação da BNC com o anticoagulante heparina (BNC-Hep). A BNC-Hep apresentou sua compatibilidade com o sangue melhorada em todos os testes de hemocompatibilidade realizados para cascata de coagulação e dentro da normalidade para a cascata complemento. Nos ensaios de cultura celular in vitro das células musculares lisas e endoteliais de aorta humana a BNC e BNC-Hep demonstraram capacidade de suportar a colonização celular, tendo as células permanecido viáveis após 7 dias de cultura. As estruturas tubulares de BNC-Hep colonizada por 8 dias estaticamente, seguiram para um reator de fluxo pulsante, onde permaneceram por mais sete dias em condição dinâmica. Em condições de cultura dinâmica as células apresentaram maior viabilidade e capacidade de proliferação do que no controle estático, indicando que o ambiente celular propiciado pelo sistema mimetiza aquele encontrado no sistema vascular natural. As células mantiveram seu fenótipo maduro e contrátil confirmados por imunocitoquímica. O sistema de fluxo pulsante mais a estrutura tubular celularizada constituem uma plataforma para aplicações como biorreator de fluxo pulsante, permitindo ensaios com células e outros agentes terapêuticos, através de interações com as células que respondem à estimulação dinâmica de fluxo pulsante.

Abstract : Diseases of the circulatory system are the main cause of mortality in the world. Cardiovascular diseases are mostly characterized by presence of atherosclerosis, and accumulation of fat plaques in the arteries that prevents the passage of blood. The treatment at the clinics for atherosclerosis is by a bypass with autologous grafting as the preferred prosthesis for small-caliber vascular grafts. When these vessels are unavailable, due to the natural progression of the disease or consecutive surgeries, the alternative is usually the use of heterologous or synthetic prostheses. In this context, the objective of this work was the biosynthesis of small-caliber tubular structures of bacterial nanocellulose (BNC) of produced by the bacterium Komagataeibacter hansenii, in addition to the modification of the BNC with the heparin anticoagulant (BNC-Hep). BNC-Hep had its blood compatibility improved in all blood tests that were performed for coagulation cascade and within normality for complement cascade. The in vitro cell culture of smooth and endothelial muscle cells from human aortic in BNC and BNC-Hep, demonstrated their ability to withstand cell colonization, with the cells remaining viable after 7 days of cell culture. The tubular structures of BNC-Hep colonized for 8 days statically, were placed into a pulsing flow reactor, where they remained for another seven days in a dynamic condition. In dynamic culture conditions the cells presented increase viability and proliferation capacity than in the static control, indicating that the cellular environment provided by the system mimics those found in the natural vascular system. Cells maintained their mature and contractile phenotype, and this can be confirmed by the immunocytochemical. The pulsed flow system plus the cellular tubular structure provide a platform for applications as a pulsed flow bioreactor, allowing assays with cells and therapeutic agents, through interactions with the cells that respond to dynamic pulsed flow stimulation.