O professor assistente Alireza Dolatshahi-Pirouz e colegas desenvolveram um hidrogel que combina materiais sintéticos com células vivas, e pode transformar células-tronco em osso sem adicionar fatores externos de crescimento ou diferenciação.

Mais de 50% das mulheres e 20% dos homens com mais de 50 anos sofrerão fratura óssea durante a vida. Uma maneira de prevenir essas fraturas - principalmente nas partes mais sensíveis do esqueleto - é a entrega de células-tronco por meio de um transportador injetável, que protege as células no caminho para o corpo. Usando uma abordagem combinatória sistemática, a equipe de pesquisa testou 63 hidrogéis nanoengenharia diferentes, e introduziu um biomaterial ideal que não apenas protege as células, mas também facilitam a diferenciação espontânea das células-tronco em células ósseas. Normalmente fatores externos de crescimento e fatores de diferenciação, que pode ser tóxico para o corpo e também muito caro, são necessários para transformar as células-tronco no tipo desejado de células.

Alívio para pacientes com osteoporose

A osteoporose faz com que os ossos se tornem quebradiços e frágeis devido à perda de densidade. Pacientes com esse tipo de doença podem, no futuro, se beneficiar com o hidrogel nano-reforçado. Alireza Dolatshahi-Pirouz explica:"O osso é um tecido dinâmico em construção contínua, demolido e reconstruído em um processo denominado remodelação. Este processo é controlado por muitos fatores de interação, e uma vez que este equilíbrio é perturbado, o problema surge. Quando envelhecemos, esse desequilíbrio é frequentemente causado por mudanças hormonais, e é intensificado quando nossas células se tornam menos eficazes e em menor número. A ideia por trás deste novo sistema é trazer uma estrutura semissintética para o corpo que atrai as células-tronco e fornece os requisitos para transformá-las em células ósseas, e assim, trazer o equilíbrio de volta para o ciclo de remodelação óssea. "

63 combinações foram testadas

Para formar o hidrogel, a equipe tem ácido hialurônico reticulado, que é um carboidrato encontrado na maioria dos tecidos humanos e amplamente utilizado na engenharia de tecidos. Este hidrogel por si só tem algumas desvantagens, é frágil, tem qualidades de suporte de carga pobres, e não pode suportar muita força externa ou choque.

Para criar um material mais resistente e durável, o ácido hialurônico foi combinado com uma rede de alginato e posteriormente reforçado com nanomateriais de argila. Essa combinação leva a um hidrogel muito mais resistente com a rigidez adequada, que ainda é poroso o suficiente para manter o transporte de nutrientes através do hidrogel.

As combinações mais promissoras foram testadas em termos de sua capacidade de formar novas células ósseas, e estudos in vitro mostraram que os hidrogéis eram capazes de formar osso mineralizado em um ambiente livre de fator de diferenciação. Os resultados revelaram que, quando esses hidrogéis carregados de células foram depositados em um defeito ósseo modelo in-vitro, ocorreu nova formação de osso que aderiu firmemente ao defeito ósseo. "Acreditamos que os materiais de nanoargila específicos que usamos fornecem a composição mineral necessária, e dar origem à transformação de células-tronco em tecido ósseo, "Alireza Dolatshahi-Pirouz diz.

O próximo passo

Os ensaios clínicos estão em andamento com colaboradores na Espanha, onde os hidrogéis livres de células são implantados no corpo. A ideia é que os hidrogéis atraiam as células-tronco do corpo, e servem como pequenas fábricas de células-tronco rejuvenescidas e mais eficientes. "Também pode ser muito legal incorporar eletrônicos no hidrogel para monitorar o que se passa no corpo, por exemplo, no defeito ósseo, e se as coisas não estão progredindo de acordo com o plano, poderíamos estimular o hidrogel por meio da interface eletrônica para atrair mais células-tronco ou estimular as células de maneira mais eficiente. Como tal, criaríamos um loop de feedback para monitorar o progresso e estimular o sistema dependendo do feedback, "O professor assistente Alireza Dolatshahi-Pirouz acrescentou.

Os resultados foram publicados em Materiais e interfaces aplicados ACS em um artigo intitulado "Seleção combinatória de hidrogéis reforçados com nanoargila:um vislumbre do" Santo Graal "na terapia com células-tronco ortopédicas?"