Scaffolds de DNA para reconstruções ósseas em defeitos de calvária em ratos

Abstract

O presente estudo investigou o potencial regenerativo de hidrogéis de DNA, funcionalizados ou não com biomoléculas (Amelotina - AMTN e Ácido Poliaspártico - PASP), em defeitos ósseos de tamanho crítico (DTC). Para tanto, foram utilizados 102 ratos Wistar machos. Inicialmente, a biocompatibilidade foi avaliada em tecido subcutâneo (n=12) nos períodos de 24 horas e 72 horas, revelando estabilidade tecidual e neocolagênese precoce. Para a análise do reparo ósseo, 90 animais foram submetidos à confecção de DTC em calvária e distribuídos nos grupos: CLOT (coágulo), AUTO PT (enxerto autógeno), DNA (hidrogel isolado), AMTN e PASP. As análises ocorreram aos 3, 10 e 28 dias pós-operatórios. A dinâmica reparacional foi monitorada via RT-PCR (expressão de genes osteogênicos, angiogênicos e de remodelação óssea), histologia (HE) e (Stevenel’s Blue/Alizarina), imuno-histoquímica (COL I, OPN, OCN e TRAP), microtomografia computadorizada (Micro-CT). Os resultados da análise subcutânea confirmaram o caráter imunologicamente inerte do biomaterial. No reparo ósseo, o grupo AMTN apresentou os níveis mais precoces e intensos de diferenciação osteoblástica e maturação mineral, com superioridade na expressão de RUNX2, OCN e OPN. Morfometricamente, aos 28 dias, os grupos tratados com hidrogéis de DNA (especialmente o complexo DNA-AMTN) demonstraram equivalência volumétrica (BV/TV) ao padrão-ouro (AUTO PT), porém com microarquitetura superior evidenciada pela menor porosidade total (Po.tot). A histologia confirmou um padrão de neoformação centrípeta e a consolidação de pontes ósseas lamelares compactas. Conclui-se que os hidrogéis de DNA atuam como scaffolds biomiméticos eficazes, promovendo uma resposta tecidual favorável e acelerando o reparo ósseo em defeitos críticos, consolidando-se como uma alternativa promissora às técnicas de enxertia convencionais em calvárias de ratos.

The present study investigated the regenerative potential of DNA hydrogels, whether functionalized or not with biomolecules (Amelotin - AMTN and Polyaspartic Acid - PASP), in critical-sized bone defects (CSD). For this purpose, 102 male Wistar rats were used. Initially, biocompatibility was evaluated in subcutaneous tissue (n=12) at 24 and 72 hours, revealing tissue stability and early neocollagenesis. For bone repair analysis, 90 animals underwent the induction of CSD in the calvaria and were distributed into the following groups: CLOT (control), AUTO PT (autogenous bone graft), DNA (isolated hydrogel), AMTN, and PASP. Analyses were performed at 3, 10, and 28 days postoperatively. The reparative dynamics were monitored via RT-PCR (expression of osteogenic, angiogenic, and bone remodeling genes), histology (H&E and Stevenel’s Blue/Alizarin Red), immunohistochemistry (COL I, OPN, OCN, and TRAP), and micro-computed tomography (Micro-CT). Subcutaneous analysis results confirmed the immunologically inert nature of the biomaterial. Regarding bone repair, the AMTN group exhibited the earliest and most intense levels of osteoblastic differentiation and mineral maturation, with superior expression of RUNX2, OCN, and OPN. Morphometrically, at 28 days, the groups treated with DNA hydrogels (especially the DNA-AMTN complex) demonstrated volumetric equivalence (BV/TV) to the gold standard (AUTO PT), yet with superior microarchitecture as evidenced by lower total porosity (Po.tot). Histological analysis confirmed a centripetal neoformation pattern and the consolidation of compact lamellar bone bridges. It is concluded that DNA hydrogels act as effective biomimetic scaffolds, promoting a favorable tissue response and accelerating bone repair in critical defects, establishing themselves as a promising alternative to conventional grafting techniques in rat calvariae.