Arcabouços multicamadas bioativos para a engenharia tecidual: análise da osteogênese in vitro

Abstract

Objetivo: Avaliar a influência de arcabouços multicamadas porosos e bioativos, bem como de suas camadas produzidas isoladamente, na osteogênese in vitro. Material e Métodos: O vidro bioativo 45B5 foi caracterizado por difração de raios-X, enquanto as nanofibras de PLA e o hidrogel de alginato foram analisados por microscopia eletrônica de varredura e infravermelho por transformada de Fourier. Os arcabouços multicamadas foram produzidos combinando hidrogel impresso em 3D e nanofibras de PLA contendo 2,5% e 5% de vidro 45B5 obtidas por eletrofiação. Após caracterização morfológica, foram realizados ensaios in vitro com células MG63 e L929 para avaliar adesão, viabilidade, diferenciação e formação de nódulos de mineralização, avaliando a interação celular e o potencial osteogênico das estruturas produzidas. Resultados: A análise estrutural confirmou que o vidro 45B5 possui natureza amorfa, composta por unidades trigonais e tetragonais características dessa formulação. As nanofibras apresentaram superfícies lisas com nanoporosidade e adequado encapsulamento das partículas vítreas. Quando associadas ao hidrogel 3D, essas propriedades foram mantidas, evidenciando a reprodutibilidade do método de fabricação e ausência de alterações estruturais. Nos ensaios in vitro, os arcabouços multicamadas de PLA contendo vidro 45B5 e hidrogel mostraram citocompatibilidade com as linhagens MG63 e L929, promovendo interação celular, aumento da viabilidade e atividade metabólica, além de permitirem a formação de nódulos mineralizados, destacando seu potencial osteogênico para aplicações em engenharia tecidual. Conclusão: Esses achados indicam que a estratégia de combinar nanofibras eletrofiadas de PLA incorporadas com vidro bioativo e hidrogel resulta em um arcabouço multicamadas capaz de favorecer a resposta osteogênica, configurando-se como uma alternativa promissora para aplicações em engenharia tecidual.

Objective: To evaluate the influence of porous and bioactive multilayer scaffolds, as well as their individually produced layers, on in vitro osteogenesis. Materials and Methods: The bioactive glass 45B5 was characterized by X-ray diffraction, while PLA nanofibers and sodium alginate hydrogel were analyzed by scanning electron microscopy and Fourier-transform infrared spectroscopy. The multilayer scaffolds were fabricated by combining 3D-printed hydrogel with electrospun PLA nanofibers containing 2.5% and 5% (w/v) of 45B5 glass. After morphological characterization, in vitro assays were performed using MG63 and L929 cell lines to assess adhesion, viability, differentiation, and mineralized nodule formation, thus evaluating cell-material interaction and the osteogenic potential of the produced structures. Results: Structural analysis confirmed the amorphous nature of 45B5 glass, composed of trigonal and tetragonal units characteristic of this composition. The nanofibers exhibited smooth surfaces with nanoporous morphology, and adequate encapsulation of glass particles. When combined with the 3D hydrogel, these properties were maintained, demonstrating the reproducibility of the fabrication method and the absence of structural alterations. In vitro tests showed that the multilayer PLA scaffolds containing 45B5 glass and hydrogel were cytocompatible with MG63 and L929 cells, promoting cell interaction, increased viability and metabolic activity, as well as allowing the formation of mineralized nodules, highlighting their osteogenic potential for tissue engineering applications. Conclusion: These findings indicate that combining electrospun PLA nanofibers incorporated with bioactive glass and hydrogel results in a multilayer scaffold capable of enhancing osteogenic responses, representing a promising alternative for tissue engineering applications.