Uma abordagem inovadora para o reparo ósseo associado à osteopenia com o uso de sistema drug delivery de hidrogéis injetáveis incorporados com biovidro funcionalizado com raloxifeno e ranelato de estrôncio
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Data
Orientador
Vasconcellos, Luana Marotta Reis de 
Coorientador
Prado, Renata Falchete do
Pós-graduação
Ciências Aplicadas à Saúde Bucal - ICT
Curso de graduação
Título da Revista
ISSN da Revista
Título de Volume
Editor
Universidade Estadual Paulista (Unesp)
Tipo
Tese de doutorado
Direito de acesso
Acesso restrito
Resumo
Resumo (inglês)
The aim of the present study was to evaluate injectable hydrogels incorporated with bioactive glass particles functionalized with the drugs raloxifene and strontium ranelate for bone regeneration using both in vitro and in vivo analyses. The bioactive glass was synthesized and characterized, followed by its functionalization with the drugs using a sonochemical method. The characterization of the bioactive glass was conducted before and after drug incorporation and before and after integration of the system into the hydrogel. In vitro tests were carried out using mesenchymal stem cells isolated from the femurs of ovariectomized and non-ovariectomized rats. Cell activity and differentiation were assessed through analyses of cell viability, total protein content, alkaline phosphatase activity, mineralized nodule formation, genotoxicity, and gene expression related to osteogenesis. In vivo experiments were conducted using adult female Wistar rats (n=8) that underwent either bilateral ovariectomy (OVX) or sham surgery. Estrous cycle assessment was performed through exfoliative cytology, and clinical changes were monitored. Nine weeks after OVX and sham surgeries, bilateral bone defects were created in the femurs and filled with either a blood clot or the experimental injectable materials: a) hydrogel (H); b) H incorporated with bioactive glass particles (HB); c) H incorporated with bioactive glass particles functionalized with raloxifene (HBRx); and d) H incorporated with bioactive glass particles functionalized with strontium ranelate (HBSr).Euthanasia was performed four weeks after the surgical procedure, at which time 5 mL of blood was collected from each animal for cytokine analysis. The left femur fragments were subjected to micro-computed tomography for morphometric evaluation of bone formation in the defect area, while the right femurs were processed for histological and histomorphometric analysis. The evaluation of systemic side effects was performed through descriptive histological analysis of the heart, liver, and skin tissue. The characterization of the bioactive glass samples indicated morphological and chemical changes in the particles after functionalization, which corroborated the successful incorporation of the drugs onto the material surface. The in vitro results suggested that the analyzed samples were non-toxic to the cells and provided a suitable environment for cell proliferation and differentiation. In the in vivo study, although the rats exhibited changes in the estrous cycle, no significant weight variation was observed between the Sham and OVX groups (p < 0.05). Histological analysis showed the presence of residual material and areas of new bone formation, without any evident systemic alterations. In the histomorphometric analysis, statistically significant differences were found between the HBSr sham group and the other groups, except for the HBRx sham group (p > 0.05), whereas micro-CT analysis revealed no statistically significant differences (p > 0.05). The material proved to be promising in the field of tissue bioengineering, showing potential for applications in bone regeneration.
Resumo (português)
O objetivo deste presente estudo foi avaliar hidrogéis injetáveis incorporados com partículas de vidro bioativo funcionalizadas com os fármacos raloxifeno e ranelato de estrôncio na regeneração óssea com análises in vitro e in vivo. Foi realizada a síntese e caracterização do vidro bioativo, seguida da sua funcionalização com os fármacos, por meio da rota sonoquímica. A caracterização do vidro bioativo foi realizada antes e após a incorporação dos fármacos e antes e após a incorporação do sistema ao hidrogel. Os testes in vitro foram realizados utilizando células mesenquimais isoladas de fêmures de ratas ovariectomizadas e não ovariectomizadas. A atividade e a diferenciação celular foram avaliadas por meio da análise da viabilidade celular, conteúdo de proteína total, atividade de fosfatase alcalina, formação de nódulos de mineralização, genotoxicidade e a expressão de genes para a osteogênese. Os experimentos in vivo foram realizados utilizando ratas Wistar adultas, fêmeas (n=8) que foram submetidas à ovariectomia bilateral (OVX) ou à cirurgia fictícia de ovariectomia bilateral (Sham). Foi realizada avaliação do ciclo estral dessas ratas por meio de citologia esfoliativa e as alterações clínicas foram monitoradas. Após 9 semanas das cirurgias de OVX e Sham, foram realizados defeitos ósseos nos fêmures bilateralmente, os quais foram preenchidos com coágulo e com os materiais experimentais injetáveis: a) hidrogel (H); b) H incorporado com partículas de vidro bioativo (HB) ; c) H incorporado com partículas de vidro bioativo funcionalizadas com o fármaco raloxifeno (HBRx) d) H incorporado com partículas de vidro bioativo funcionalizadas com o fármaco ranelato de estrôncio (HBSr). A eutanásia dos animais foi realizada 4 semanas após o procedimento cirúrgico, momento no qual foi retirado 5mL de sangue de cada animal para análise de citocinas. Os fragmentos dos fêmures esquerdos foram submetidos as análises de microtomografia computadorizada para a avaliação morfométrica do osso formado na área do defeito ósseo. Enquanto os fêmures direitos foram submetidos ao processamento laboratorial para análise histológica e histomorfométrica. A avaliação de efeitos colaterais sistêmicos foi realizada por meio da avaliação histológica descritiva do coração, fígado e do tecido cutâneo e da avaliação de citocinas. A caracterização das amostras do vidro bioativo indicaram alterações morfológicas e químicas nas partículas após o processo de funcionalização, que corroboram com a incorporação dos fármacos na superfície do material. Os resultados do estudo in vitro sugerem que as amostras analisadas não foram tóxicas para a células e propiciaram ambiente adequado para a proliferação e diferenciação celular. No estudo in vivo, as ratas embora tenham exibido alteração no ciclo estral, elas não apresentaram variação de peso quando comparados os grupos Sham e OVX (p<0,05). Histologicamente, apresentaram a presença de material residual e áreas de neoformação óssea, sem a presença de alterações sistêmicas evidentes. Na avaliação histomoformétrica houveram diferenças estatisticamente significativas entre o grupo HBSr sham e os demais grupos analisados com exceção do grupo HBRx sham (p>0,05), enquanto na microtomografia não houveram diferenças estatisticamente significativas (p>0,05). O material apresentou-se promissor na bioengenharia tecidual, demonstrando potencial para aplicações em regeneração óssea
Descrição
Palavras-chave
Regeneração óssea, Osteoporose, Diferenciação celular, Bone regeneration, Osteoporosis, Raloxifene hydrochloride, Cell differentiation, Cloridrato de raloxifeno
Idioma
Português
