Desenvolvimento e análise físico-química e biológica de um scaffold bicamada multifuncional de policaprolactona e poli(óxido de etileno) funcionalizado com hidróxido de cálcio e quercetina para a regeneração do complexo dentina-polpa

Abstract

Este estudo teve como objetivo produzir e caracterizar scaffolds bicamada multifuncionais de policaprolactona (PCL) e poli(óxido de etileno) (PEO), funcionalizados com hidróxido de cálcio (CH) e quercetina (QU), e avaliar sua bioatividade sobre células da polpa dental humana sob estímulo inflamatório. A pesquisa foi dividida em três fases. Na fase 1, foram avaliadas as características físico-químicas e biológicas de fibras de PCL com 0,5% de CH, nano-hidroxiapatita (nHA) ou beta-glicerofosfato (βGP). Na fase 2, uma camada compacta de PCL foi sintetizada e caracterizada quanto à morfologia, espessura e citocompatibilidade, quando associada a cimentos de ionômero de vidro (CIVs). Além disso, scaffolds bicamada de PCL/PEO com 0,2% de CH foram estudados quanto à morfologia, composição, propriedades mecânicas, degradação, liberação de cálcio e formação de matriz mineralizada por células indiferenciadas da polpa dental (DPSCs). Na fase 3, a quercetina (QU) foi testada isoladamente e em combinação com scaffolds PCL/PEO+CH. O CH aumentou o diâmetro das fibras e o espaçamento interfibrilar, enquanto o βGP os reduziu. A mineralização foi oito vezes maior em fibras de PCL+CH, estimulando as células da polpa dental humana (HDPCs) a expressarem genes relacionados à dentinogênese. A mistura 50:50 (v:v) de PCL:PEO formou fibras com diâmetro médio de 338±228 nm e uma rede microporosa 3D interconectada. Comparada às fibras de PCL puras, essa mistura apresentou maior resistência à tração, módulo de elasticidade e taxas de degradação. Também aumentou a hidrofilia, e mostrou maior liberação de cálcio. Embora a viabilidade celular tenha aumentado em relação às fibras de PCL puro, a adição de CH não impactou a citocompatibilidade. O CH, porém, favoreceu a formação de matriz mineralizada, sendo ∼7,5× maior em PCL puro e ∼12,5× na mistura. A camada compacta de PCL preveniu a toxicidade do CIV convencional, sem afetar o selamento, já para o CIV modificado por resina, a camada compacta não apresentou a mesma capacidade de selamento, reduzindo a viabilidade celular. O tratamento com 1 µM de QU aumentou a viabilidade celular, a produção de matriz mineralizada por DPSCs e modulou eventos inflamatórios. A incorporação de 0,01% de QU nos scaffolds ocorreu sem alterar sua morfologia fibrilar ou comprometer a citocompatibilidade. Sob estímulo inflamatório (LPS 10 µg/mL), os scaffolds PCL/PEO+CH+QU regularam negativamente os genes inflamatórios (IL1A, IL1B e TNF) e positivamente os genes associados à mineralização (ALPL, OCN e DSPP). Conclui-se que a combinação PCL/PEO na proporção 50:50, com 0,2% de CH, é promissora para a síntese de scaffolds para regeneração de tecidos mineralizados, especialmente quando associada a compostos anti-inflamatórios como a quercetina, potencializando resultados na terapia pulpar vital.

This study aimed to produce and characterize multifunctional bilayer scaffolds of polycaprolactone (PCL) and poly(ethylene oxide) (PEO), functionalized with calcium hydroxide (CH) and quercetin (QU), and evaluate their bioactivity on human dental pulp cells under inflammatory stimulus. The research was divided into three phases. In phase 1, PCL fibers' physicochemical and biological characteristics with 0.5% CH, nanohydroxyapatite (nHA), or beta-glycerophosphate (βGP) were evaluated. In phase 2, a compact layer of PCL was produced and characterized regarding morphology, thickness, and cytocompatibility, when associated with glass ionomer cements (GIC). Furthermore, PCL/PEO bilayer scaffolds with 0.2% CH were studied for morphology, composition, mechanical properties, degradation, calcium release, and mineralized matrix formation by dental pulp stem cells (DPSCs). In phase 3, quercetin (QU) was tested alone and with PCL/PEO+CH scaffolds. CH increased fiber diameter and interfibrillar spacing, while βGP reduced them. Mineralization was eightfold higher in PCL+CH fibers, stimulating human dental pulp cells (HDPCs) to express genes related to odontogenesis dentinogenesis. The 50:50 (v:v) PCL:PEO blend formed fibers with a mean diameter of 338±228 nm and an interconnected 3D microporous network. This blend showed higher tensile strength, elastic modulus, and degradation rates than pure PCL fibers. It also increased hydrophilicity and showed greater calcium release. Although cell viability increased with pure PCL fibers, adding CH did not impact cytocompatibility. However, CH favored mineralized matrix formation, being ∼7.5× greater in pure PCL and ∼12.5× in the mixture. The compact PCL layer prevented the toxicity of the conventional GIC, without affecting the sealing, however, for the resin-modified GIC, the compact layer did not present the same sealing capacity, reducing cell viability. Treatment with one µM of QU increased cell viability, mineralized matrix formation by DPSCs, and modulated inflammatory events. Incorporating 0.01% of QU in the scaffolds occurred without altering their fibrillar morphology or compromising cytocompatibility. Under inflammatory stimulus (LPS 10 µg/mL), PCL/PEO+CH+QU scaffolds downregulated inflammatory genes (IL1A, IL1B, and TNF) and upregulated genes associated with mineralization (ALPL, OCN, and DSPP). It is concluded that the PCL/PEO combination in the 50:50 proportion, with 0.2% CH, is promising to produce scaffolds for regeneration of mineralized tissues, especially when associated with anti-inflammatory compounds such as quercetin, enhancing results in vital pulp therapy.