Utilização de hidrogéis de DNA como “scaffolds” para regeneração óssea e sua funcionalização com biomoléculas

Abstract

This project aimed to evaluate the regenerative potential of DNA hydrogels, through microtomography and PCR analyses, in the process of repairing critical-sized bone defects in rat calvaria. After approval by the Ethics Committee, process FOA nº 6062023, 24 male Wistar rats were divided into four groups, in which BUFFER received the TrisCa2+ buffer as biomaterial, DNA 1:3 received the DNA hydrogel, the CO-DNA Sr group received the TrisSr2+ buffer and DNA-Sr received the DNA hydrogel functionalized with strontium. They were subdivided according to the analyses and the euthanasia period, with n = 3 for each subgroup. At time zero, the animals underwent surgery, and the bone defect was created in the animals' calvaria, and the biomaterial was placed inside it according to the group. The 10D subgroup was euthanized 10 days after surgery and the collected specimens were subjected to molecular analysis, while the 28D subgroup was euthanized after 28 days and microtomographic analysis. These animals were euthanized by anesthetic overdose. The cell viability of DNA hydrogels was observed in MCO cell lines. Regarding molecular analysis, it was possible to observe that functionalization with strontium improved the performance of DNA 1:3 in the relative gene expression of Runx2, IBSP, OCN and ALP proteins, but the BUFFER group obtained the highest values in Runx2, IBSP and TRAP. Regarding the micro-CT parameters, the DNA 1:3 group obtained higher values in BV/TV, Tb.Th and Tb.N, while in Tb.Sp the CO-DNA Sr group stood out with higher values. The use of DNA hydrogels promoted an improvement in the microarchitecture and dynamics of biomineralization and the functionalization of DNA hydrogels with strontium, despite not demonstrating an improvement in the performance of these materials in the reparative dynamics of bone tissue regarding the parameters evaluated in the micro CT, performed a significant improvement in the dynamics of bone mineralization in the molecular analyses.

Este projeto teve como proposta avaliar o potencial regenerativo de hidrogéis de DNA, através das análises de microtomografia e PCR, no processo de reparo de defeitos ósseos de tamanho crítico em calvárias de ratos. Após a aprovação do Comitê de Ética processo FOA nº 606-2023, 24 ratos Wistar machos, foram divididos em quatro grupos, nos quais BUFFER recebeu o tampão TrisCa2+ como biomaterial, DNA 1:3 recebeu o hidrogel de DNA, o grupo CO-DNA Sr recebeu o tampão TrisSr2+ e DNA-Sr recebeu o hidrogel de DNA funcionalizado com estrôncio. Foram subdivididos de acordo com as análises e com o período de eutanásia, sendo n=3 para cada subgrupo. No tempo zero, os animais foram submetidos a cirurgia, e confeccionado o defeito ósseo na calvária dos animais, foi colocado em seu interior o biomaterial de acordo com o grupo. O subgrupo 10D foi eutanasiado 10 dias após a cirurgia e as peças coletadas foram para análises moleculares e o subgrupo 28D teve sua eutanásia após 28 dias e análises microtomográficas. A eutanásia desses animais foi realizada por sobredosagem anestésica. Foi observada a viabilidade celular dos hidrogéis de DNA em linhagens de células MCO. Quanto a análise molecular foi possível observar que a funcionalização com estrôncio melhorou o desemprenho do DNA 1:3 na expressão gênica relativa das proteínas Runx2, IBSP, OCN e ALP, porém o grupo BUFFER obteve os maiores valores em Runx2, IBSP e TRAP. Quanto aos parâmetros de micro-CT o grupo DNA 1:3 obteve maiores valores em BV/TV, Tb.Th e Tb.N, já em Tb.Sp obteve destaque com maiores valores o grupo CO-DNA Sr. A utilização de hidrogéis de DNA promoveu melhora na microarquitetura e dinâmica da biomineralização e a funcionalização dos hidrogéis de DNA com estrôncio apesar de não demonstrar melhora no desempenho desses materiais na dinâmica reparacional do tecido ósseo quanto aos parâmetros avaliados na micro-CT, desempenhou uma melhora significativa na dinâmica da mineralização óssea nas análises moleculares.