UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA “JÚLIO DE MESQUITA FILHO” INSTITUTO DE QUÍMICA – CÂMPUS DE ARARAQUARA PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM BIOTECNOLOGIA Cristiane Garcia Paulino “Análise da expressão dos fatores de crescimento FGF, VEGF e TGF associados ao reparo dérmico estimulado pelo látex natural (Hevea brasiliensis) e seu efeito na taxa de pulsação em Lumbriculus variegatus” Araraquara 2022 CRISTIANE GARCIA PAULINO “Análise da expressão dos fatores de crescimento FGF, VEGF e TGF associados ao reparo dérmico estimulado pelo látex natural (Hevea brasiliensis) e seu efeito na taxa de pulsação em Lumbriculus variegatus” Tese apresentada ao Instituto de Química, Universidade Estadual Paulista, como parte dos requisitos para obtenção do título de Doutor em Biotecnologia. Orientador: Prof. Dr. Rondinelli Donizetti Herculano Araraquara 2022 UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA Câmpus de Araraquara CERTIFICADO DE APROVAÇÃO TÍTULO DA TESE: “Análise da expressão dos fatores de crescimento FGF, VEGF e TGF associados ao reparo dérmico estimulado pelo látex natural (Hevea brasiliensis) e seu efeito na taxa de pulsação em Lumbriculus variegatus” AUTORA: CRISTIANE GARCIA PAULINO ORIENTADOR: RONDINELLI DONIZETTI HERCULANO Aprovada como parte das exigências para obtenção do Título de Doutora em Biotecnologia, pela Comissão Examinadora: Prof. Dr. RONDINELLI DONIZETTI HERCULANO (Participaçao Virtual) Departamento de Engenharia de Bioprocessos e Biotecnologia / Faculdade de Ciencias Farmaceuticas - UNESP - Araraquara Prof. Dr. RICARDO JOSÉ MENDONÇA (Participaçao Virtual) Departamento de Ciências Biológicas / Universidade Federal do Triangulo Mineiro - UFTM – Uberaba Dr. CASSAMO USSEMANE MUSSAGY (Participaçao Virtual) Pontifícia Universidade Católica - PUC - Valparaíso, Chile Prof. Dr. CARLOS FREDERICO DE OLIVEIRA GRAEFF (Participaçao Virtual) Departamento de Fisica / Faculdade de Ciências - UNESP - Bauru Profa. Dra. AMANDA DOS SANTOS OLIVEIRA (Participaçao Virtual) Unidade de Emergência / Hospital das Clínicas da Faculdade de Medicina de Ribeirão Preto - HC-FMRP - Ribeirão Preto Araraquara, 16 de dezembro de 2022 Instituto de Química - Câmpus de Araraquara - Rua Prof. Francisco Degni, 55, 14800060, Araraquara - São Paulo http://www.iq.unesp.br/#!/pos-graduacao/biotecnologia/CNPJ: 48.031.918/0027-63. DADOS CURRICULARES Cristiane Garcia Paulino 2018 – 2022 Doutorado em Biotecnologia Universidade Estadual Paulista Júlio de Mesquita Filho, UNESP, São Paulo, Brasil Título: Análise da expressão dos fatores de crescimento FGF, VEGF e TGF associados ao reparo dérmico estimulado pelo látex natural Hevea brasiliensis) e seu efeito na taxa de pulsação em Lumbriculus variegatus Orientador: Prof. Dr. Rondinelli Donizetti Herculano 2011 - 2013 Mestrado em Biotecnologia Universidade Estadual Paulista Júlio de Mesquita Filho, UNESP, São Paulo, Brasil Título: Análise prospectiva do padrão de metilação nos genes associados a doenças cardíacas SCN5A e MTR para aplicação na genética forense Orientadora: Profª Drª Regina Maria Barreto Cicareli 2007 - 2008 Técnico em Química Colégio Técnico Santa Giulia, Taquaritinga, São Paulo, Brasil 2002 - 2006 Graduação em Ciências Biológicas Universidade de Araraquara, Araraquara, São Paulo, Brasil Artigos publicados em periódicos Cesar, M.B., Borges, F.A., Bilck, A.P., Yamashita,F., Paulino, C.G., Herculano, R.D. Development and Characterization of Natural Rubber Latex and Polylactic Acid Membranes for Biomedical Application. J Polym Environ 28, 220–230 (2020) J.F. Floriano, V.S. Chao, L.F.C. Bolognesi, N.R. de Barros, M. C.R. Miranda, F.A. Borges, AL.D. Chagas, C.G. Paulino, B.C. Garms, M.Y. Marcelino, J.A.S. Pereira, A.G. dos Santos, A.M.Q. Norberto, C.F. O. Graeff, R.D. Herculano. Physical, Chemical and Biological Characterization of Natural Rubber Latex Membranes Loaded with Cordia verbenacea DC. Extract. Current Traditional Medicine, Volume 4(2), p. 140 – 154, 2018. DOI: 10.2174/2215083804666180427113645 DEDICATÓRIA Não poderia dedicar essa conquista a não ser para as pessoas que mais amo, respeito e admiro. Por isso, dedico... Aos meus pais, José Carlos e Aparecida pelo amor, carinho, apoio e por tudo que sempre fizeram por mim em todos os momentos da minha vida. Ao meu irmão Leandro e minha cunhada Gedaique, pelo incentivo, paciência e dedicação, onde novamente o tempo era tão curto e minha expectativa tão grande. dedico este trabalho de modo especial, aos meus filhos Lana e João Carlos por sempre incentivarem-me através de seus sorrisos e nunca me deixar desanimar. Agradeço ainda mais, por me compreenderem e por me ensinarem todos os dias a ser mais feliz, mais paciente, mais forte...mais Mãe. Amo vocês AGRADECIMENTOS Neste período, aprendi que uma tese ou qualquer outro trabalho é a extensão da vida do(a) autor(a). Então, para que algo de valor seja produzido, deve-se primeiro criar algo de valor em si. Por este motivo, agradeço sincera e profundamente a todas as pessoas que muito me encorajaram e me ajudaram a produzir algo de valor em minha vida. A Deus, em sua onipresença, por me permitir explorar o mundo, me acolhendo, encorajando, enchendo-me de esperanças, colocando pessoas excepcionais em meu caminho e guiando meus passos até aqui. Ao meu orientador, Professor Dr. Rondinelli Donizetti Herculano, pela dedicação, paciência, compreensão e por destinar seu tempo a inspirar os seus alunos a serem profissionais melhores. Aos professores Dr. Guilherme Ferreira Caetano e Dr. Ricardo José Mendonça por toda a atenção e por aceitarem a participar da Banca de Qualificação, proporcionando discussões e sugestões que serviram para aprendizado, crescimento e incentivo à pesquisa. Aos professores da Banca de Defesa, Prof. Dr. Ricardo José Mendonça, Prof. Dr. Cassamo Ussemane Mussagy, Prof. Dr. Carlos Frederico de Oliveira Graeff e Profa. Dra. Amanda dos Santos Oliveira por toda atenção e pertinentes sugestões que agregaram muito conhecimento e foram essenciais para que este trabalho fosse concluído satisfatoriamente. Aos meus amigos da pós-graduação, que sempre estiveram presentes. Obrigada por todas as novas amizades. Em especial ao Felipe Borges, obrigada pelo tempo que se dedicou as minhas perguntas e me ensinou sobre a técnica de cultivo celular e a Giovana Pegorin, por toda ajuda nos testes de atividade antioxidante, fenóis e plotagem dos gráficos no Origin. Mais uma vez, muito obrigada! À secretaria de Pós-Graduação em Biotecnologia, em especial a Wennia, Robson e Ana Paula, por sempre me ajudarem prontamente. Ao apoio da Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior – Brasil (CAPES) – Código de Financiamento 001. “A persistência é o caminho do êxito.” Charles Chaplin RESUMO Estudos recentes revelam a eficácia do uso do látex natural, extraído da seringueira Hevea brasiliensis, como agente cicatrizante e como uma matriz carreadora de diversos produtos com efeitos farmacológicos. Por ser um evento sistêmico, a cicatrização abrange uma gama de fatores que precisam interagir entre si para que haja uma evolução de forma eficiente. Tendo em vista a capacidade angiogênica e cicatrizante do látex, esta pesquisa investigou através de análises moleculares a expressão dos fatores de crescimento FGF, VEGF e TGF presentes no látex, em cultura de fibroblastos 3T3. Dentre os fatores de crescimento que influenciam o crescimento dérmico, podemos destacar o fator de crescimento do endotélio vascular (VEGF), fator de crescimento transformador beta (TGF-β) e o fator de crescimento fibroblástico (FGF), que estimulam a proliferação celular, a produção de colágeno e de outros elementos da matriz celular, favorecendo o processo de cicatrização. Conforme as análises de FTIR, os componentes identificados presentes na membrana de látex, na fração F1 e no soro foram identificados pertencentes ao isopreno, principal constituinte do látex, como para os grupos funcionais. A amostra do soro apresentou maior discrepância evidenciando que a parte proteica pode estar agindo como indutor de angiogênese. O ensaio hemolítico das amostras, fração F1, soro e a membrana de látex não apresentaram um alto grau de hemólise significativa no período observado, demonstrando assim ser um biomaterial hemocompatível. Nas condições experimentais utilizadas, evidenciou-se baixo teor de fenóis e capacidade antioxidante da fração F1, soro e membrana de látex. Os resultados obtidos nos ensaios com os Blackworms indicam que as frações F1, soro e membrana de látex, nas concentrações testadas, tiveram efeito no sistema circulatório alterando a taxa de pulsação dos Blackworms. A fração F1 e o soro do látex, na concentração de 0,01%, no cultivo de fibroblastos e macrófagos apresentaram melhor viabilidade celular no período de 72h de incubação. A membrana de látex apresentou viabilidade celular superior em todos os períodos de incubação quando comparados ao controle, porém seus resultados foram mais satisfatórios no intervalo de 72h. Os resultados encontrados da análise de expressão gênica confirmaram que houve aumento significativo nas expressões dos genes VEGF, FGF e TGF na membrana e nas frações F1 e soro do látex quando comparadas ao controle, evidenciando o potêncial angiogênico dessas amostras. Este mecanismo de Engenharia Tecidual pode ser um dos procedimentos para regeneração dérmica no futuro. Palavras-chave: Látex. Reparo dérmico. Fatores de crescimento. Expressão gênica. Lumbriculus variegatus. ABSTRACT Studies prove the effectiveness of using natural latex, extracted from the rubber tree Hevea brasiliensis, as a healing agent and as a carrier matrix for various products with pharmacological effects. As it is a systemic event, healing encompasses a range of factors that need to interact with each other so that there is an efficient evolution. In view of the angiogenic and healing capacity of latex, the purpose of this research will be to investigate, through molecular analysis, the expression of growth factors FGF, VEGF and TGF present in latex, in culture of 3T3 fibroblasts. Among the growth factors that influence dermal growth, we can highlight the vascular endothelial growth factor (VEGF), transforming growth factor beta (TGF-β) and fibroblastic growth factor (FGF), which stimulate cell proliferation, the production of collagen and other elements of the cellular matrix, favoring the healing process. According to the FTIR analyses, the identified components present in the latex membrane, in the F1 fraction and in the serum were identified belonging to isoprene, the main constituent of latex, as for the functional groups. The serum sample showed greater discrepancy, showing that the protein part may be acting as an angiogenesis inducer. The hemolytic assay of the samples, F1 fraction, serum and the latex membrane did not show a significant high degree of hemolysis in the observed period, thus demonstrating that it is a hemocompatible biomaterial. Under the experimental conditions used, a low phenol content and antioxidant capacity were found in the F1 fraction, serum and latex membrane. The results obtained in the tests with the Blackworms indicate that the F1 fractions, serum and latex membrane, in the tested concentrations, had an effect on the circulatory system, altering the pulsation rate of the Blackworms. The F1 fraction and the latex serum, at a concentration of 0.01%, in the culture of fibroblasts and macrophages showed better cell viability in the period of 72 hours of incubation. The latex membrane showed superior cell viability in all incubation periods when compared to the control, but its results were more satisfactory in the 72h interval. The results found from the gene expression analysis confirmed that there was a significant increase in the expressions of the VEGF, FGF and TGF genes in the membrane and in the F1 fractions and latex serum when compared to the control, evidencing the angiogenic potential of these samples. This Tissue Engineering mechanism may be one of the procedures for dermal regeneration in the future. Keywords: Latex. Dermal repair. Growth factors. Gene expression. Lumbriculus variegatus LISTA DE FIGURAS Figura 1- Kits de cuidados médicos antigos: a-) Germoplast® (em destaque) e b-) seis curativos de primeiros socorros vintage. 18 Figura 2- Fracionamento do látex (Hevea brasiliensis) através da centrifugação de alta rotação F1 (fase superior, contendo partículas de borracha), F2 (fase intermediária, sendo o soro do látex) e F3 (fase de fundo, contendo os lutóides) 23 Figura 3- Evolução da cicatrização da úlcera através da aplicação da membrana de látex: A - Aspecto inicial da ferida apresentando grande quantidade de tecido fibroso necrosado; B - Aplicação da membrana de látex natural; C - Ferida apresentando redução do tecido fibroso necrosado; D - Ferida em estágio avançado de cicatrização 26 Figura 4- Defeitos ósseos preenchidos com coágulo de sangue autógeno (A), membrana de látex cobrindo o terço médio da tíbia (B), e radiografia do defeito ósseo na tíbia (C) 28 Figura 5- Aparência visual da avaliação da toxicidade de soro de látex em larvas de G. mellonella em três concentrações (3, 5 e 10 mg/kg) após 11 dias 31 Figura 6- Mecanismos de comunicação celular promovido por fatores de crescimento 33 Figura 7- Mecanismo do fator de crescimento endotelial vascular (VEGF) na cicatrização de feridas 35 Figura 8- Detalhamento das fases de cicatrização, com fatores de crescimento e linhagens celulares. 44 Figura 9- Imagem de seção transversal lateral dos Blackworms para verificação das ondas de pulsações. 48 Figura 10- Reflexões de vôo dos Blackworms 49 Figura 11- Desenho experimental 52 Figura 12-Extração de Látex da seringueira (Hevea brasiliensis) para produção das membranas 53 Figura 13- Hemólise identificada em uma amostra de sangue centrifugada caracterizada através da intensidade da cor avermelhada do plasma. 55 Figura 14- Mudança da coloração do radical livre (DPPH) antes e depois da reação com um composto antioxidante (A-H). 58 Figura 15- Dosagem de fenóis totais empregando o reagente Folin 59 Figura 16- Taxa de pulsação do vaso sanguíneo dorsal de Lumbriculus variegatus em amostras de látex natural. A exposição a longo prazo das amostras, aumentaram a frequência de pulsação (B) 67 Figura 17- Pulso peristáltico do vaso sanguíneo dorsal indicado por uma seta preta 76 Figura 18- Ramificação dos vasos contráteis laterais indicado por uma seta preta 80 Figura 19- Viabilidade celular. Porcentagem de viabilidade de fibroblastos e macrófagos em cultura por 24 h, com membrana, fração F1 e soro de látex em concentrações de 0,01%, 0,1% e 1%. Valores representam médias de resultados em triplicata 81 Figura 20- Viabilidade celular. Porcentagem de viabilidade de fibroblastos em cultura por 48horas, com membrana, fração F1 e soro de látex em concentrações de 0,01%, 0,1% e 1%. Valores representam médias de resultados em triplicata 82 Figura 21- Viabilidade celular. Porcentagem de viabilidade de fibroblastos em cultura por 72h, com membrana, fração F1 e soro de látex em concentrações de 0,01%, 0,1% e 1%. Valores representam médias de resultados em triplicata 83 Figura 22- Eletroforese em gel de agarose 1,5% evidenciando a integridade do RNA total na concentração de 2μg. As amostras 1 a 3 correspondem a fração F1, soro e membrana do látex, respectivamente 84 LISTA DE TABELAS Tabela 1- Reagentes e respectivos volumes utilizados na reação de transcrição reversa 63 Tabela 2- Primers desenhados para os genes de interesse 65 Tabela 3- Taxa de hemólise (média ± desvio padrão) em diferentes concentrações da fração F1 e soro (15%, 30% e 50%) e membrana de látex 71 Tabela 4- Dosagem de fenóis nas amostras F1 e Soro do látex em diferentes concentrações (média ± desvio padrão) 75 Tabela 5- Resultado obtido da reação “in sílico” dos genes VEGF, FGF e TGF, mostrando a localização e tamanho do fragmento amplificado pelos primers 85 LISTA DE EQUAÇÂO Equação 1- Fórmula para o cálculo da hemólise expresso em porcentagem 56 Equação 2- Fórmula para inibição do DPPH expresso em porcentagem 57 Equação 3- Expressão empregada na normalização dos dados obtidos nos ensaios de MTT Equação 4- Fórmula para cálculo de eficiência da PCR 61 66 LISTA DE GRÁFICOS Gráfico 1- Espectros de FTIR da membrana, fração F1 e soro do látex de Hevea brasiliensis 70 Gráfico 2- Valor médio da atividade antioxidante do Soro do látex 73 Gráfico 3- Valor médio da atividade antioxidante da fração F1 do látex 74 Gráfico 4- Resultados do tratamento com a membrana do látex e frações F1 e soro do látex no período de 15 minutos. 77 Gráfico 5- Resultados do tratamento com a membrana do látex e frações F1 e soro do látex no período de 30 minutos 78 Gráfico 6- Resultados do tratamento com a membrana do látex e frações F1 e soro do látex no período de 1 hora 79 Gráfico 7- Quantificação normalizada da expressão dos genes VEGF, FGF e TGF nos tratamentos com a membrana e nas frações F1 e Soro do látex de Hevea brasiliensis 86 LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS BML Biomembrana de látex natural DMSO- Dimetilsulfóxido DPPH 2,2-difenil-1-picrilhidrazilo FGF Fator de crescimento de Fibroblasto FTIR Espectroscopia no Infravermelho com Transformada de Fourier Hb Hemoglobina H. brasiliensis Hevea brasiliensis HIF Fator induzido por hipóxia IgE Imunoglobina E LN Látex Natural MTT Brometo de 3-(4,5 dimetiltiazol-2-il)-2,5-difenil tetrazólio PCR Reação em cadeia da polimerase qPCR Reação em cadeia da polimerase em tempo real RNA Ácido ribonucleico TGF Fator de crescimento transformador UV Radiação Ultravioleta VEGF Fator de crescimento do endotélio vascular SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO 18 2 REVISÃO DA LITERATURA 20 2.1 Impacto financeiro das feridas nos sistemas de saúde 20 2.2 Definição e Tipos de Biomateriais 21 2.3 Látex Natural (LN) 22 2.4 Aplicações biomédicas do LN 25 2.5 Engenharia tecidual no reparo de lesões cutâneas 30 2.6 Angiogênese e Fatores de Crescimento 31 2.7 Fator de crescimento endotelial vascular (VEGF) 34 2.8 Fator de Crescimento fibroblástico (FGF) 37 2.9 Fator de crescimento transformante alfa (TGF-α) e fator de crescimento transformante beta (TGF-β1) 38 2.10 Fisiopatologia da reparação tecidual 39 2.10.1 Fase de inflamação 40 2.10.2 Fase de proliferação 41 2.10.3 Fase de maturação 43 2.11 Mecanismos Antioxidantes 44 2.12 Importância da avaliação da hemocompatibilidade e citocompatibilidade 45 2.13 PCR Quantitativo em Tempo Real (qPCR) para análise da expressão dos genes em estudo 46 2.14 Testagem de novos biomateriais em animais alternativos 46 2.15 Características gerais dos Blackworms (Lumbriculus variegatus) 48 3 OBJETIVOS 51 3.1 Objetivos Gerais 51 3.2 Objetivos Específicos 51 4 MATERIAIS E MÉTODOS 52 4.1 Desenho Experimental 52 4.2 Preparação das Membranas de Látex Natural 52 4.3 Obtenção do Soro e Fração F1 do Látex Natural 53 4.4 Caracterização físico-química e biológica do material 54 4.4.1 Análise por Espectroscopia no infravermelho (FTIR) 54 4.4.2 Ensaio de hemólise 54 4.4.3 Ensaio de Atividade Antioxidante 56 4.4.3.1 Determinação da atividade Antioxidante através do método de sequestro de radicais livres (DPPH) 56 4.4.3.2 Preparo das soluções de quercetina para obtenção da curva analítica 56 4.4.3.3 Preparo das amostras F1 e Soro do látex para avaliação da atividade antioxidante 57 4.4.4 Dosagem de fenóis 58 4.4.5 Cultura celular 59 4.4.6 Viabilidade celular 60 4.4.7 Avaliação da expressão gênica dos fibroblastos 61 4.4.7.1 Extração de RNA 61 4.4.7.2 Quantificação de RNA 62 4.4.7.3 Gel desnaturante para análise de RNA 62 4.4.7.4 Síntese de cDNA 63 4.4.7.5 Desenho de primers 64 4.4.7.6 Expressão gênica e Análise estatística 65 4.4.7.7 Curva de eficiência de ampliação das amostras e do gene referência 66 4.4.8 Influência da membrana e das frações F1 e Soro do látex nas taxas de pulsações em Blackworms (Lumbriculus variegatus) 66 4.4.9 Análise estatística 68 5 RESULTADOS e DISCUSSÃO 69 5.1 Espectroscopia de Infravermelho (FTIR) 69 5.2 Ensaio de Hemólise 71 5.3 Ensaio de atividade antioxidante (AA) 72 5.4 Dosagem de fenóis 75 5.5 Taxas de pulsações em Blackworms (Lumbriculus variegatus) 76 5.6 Viabilidade celular 81 5.7 Gel desnaturante para análise de RNA 84 5.8 Desenho de primers 85 5.9 Expressão gênica 85 6 CONCLUSÕES 88 7 8 9 DIFICULDADES ENCONTRADAS PERSPECTIVAS REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 89 90 91 18 1. Introdução Os seres humanos, assim como os demais animais, são compostos por tecidos celulares, muitos deles frágeis e com necessidade de restabelecimento, cura e/ou cicatrização quando traumatizados (Marques; Suzuki; Marques, 2017). O tratamento das feridas vem evoluindo desde 3.000 anos A.C., onde as feridas hemorrágicas eram tratadas com cauterização. O uso de torniquetes é descrito em 400 A.C. e a sutura é documentada desde o terceiro século A.C. (Guia de Feridas, 2011). Similarmente, Queen (2004) descreveu que o tratamento de feridas começou nos tempos egípcios, com bandagens de gaze embebidas em graxa – com pouca atenção ao tratamento de feridas. Entretanto, ao longo dos séculos, esses cuidados tornaram-se um pouco mais sofisticados (Figura 1). Da mesma forma, os curativos tiveram uma maior repercussão no século retrasado, devido os procedimentos de primeiros socorros iniciados em 1859 pelo suíço Jean Henry Dunant. Este projeto foi apoiado pelo Napoleão III de França, que tinha o intuito de instruir pessoas das comunidades locais, principalmente aquelas que viviam em estado de guerra (Soares, 2013). Figura 1. Kits de cuidados médicos antigos: a-) Germoplast® (em destaque) e b-) seis curativos de primeiros socorros vintage. Fonte: James, 1954 O cirurgião francês Ambroise Paré, em 1585 orientou o tratamento de feridas quanto à necessidade de desbridamento, aproximação das bordas e curativos. Lister, em 1884, introduziu o tratamento antisséptico. No século XX, vimos a evolução da terapêutica com o aparecimento da sulfa e da penicilina. 19 Nos últimos cem anos, o conhecimento a respeito do reparo das lesões tem evoluído significativamente devido principalmente às descobertas da ciência em relação a eventos fisiológicos e moleculares do organismo e desenvolvimento de novos produtos (Broughton; Janis; Attinger, 2006). Os avanços na pesquisa com células tronco (CT) e na engenharia de tecidos com o uso de substitutos da pele e outros fatores associados são exemplos desse progresso (Chua et al., 2016; Marques; Suzuki; Marques, 2017). Atualmente existem muitas opções para o tratamento das lesões, tais como curativos com vários tipos de cobertura existentes no mercado, desbridamento de tecidos desvitalizados, revascularização, aplicação local de fatores de crescimento, oxigenoterapia e derme humana (dermagraft) (Haddad, 2005). Por fim, o anseio no desenvolvimento de novos tipos de curativos justifica- se devido principalmente ao custo elevado do tratamento hospitalar ou ambulatorial. Por exemplo, o gasto médio anual nos Estados Unidos dedicado ao tratamento do pé diabético é de US$ 18,7 bilhões, devido a isso, muitos pesquisadores e Centros de Pesquisa buscam estratégias para acelerar a cicatrização de feridas, de uma forma viável, barata e sustentável (Barros et al., 2021). 20 2. REVISÃO DA LITERATURA 2.1 Impacto financeiro das feridas nos sistemas de saúde O tratamento das feridas crônicas representa um grande gasto para a saúde pública. Considerando à necessidade de tratamento prolongado com utilização de produtos com preços significativos, os gastos apresentam muitas vezes uma barreira para adesão correta ao tratamento. O desenvolvimento de novas alternativas para a saúde humana é importante, tais como stents, curativos, próteses, implantes etc. Por exemplo, somente nos EUA, as feridas dérmicas requerem cuidados intensivos e de longo prazo, resultando altos custos para os sistemas públicos de saúde, com um custo anual estimado de US$ 28 bilhões e US$ 32 bilhões em produtos para tratamento de feridas (Pegorin et al., 2020). Trabalho recente no País de Gales usando um banco de dados integrado mostrou que 6% da população têm feridas crônicas e consomem quase £ 330 milhões por ano, o que equivale a 5,5% do orçamento do Serviço Nacional deste país (Philips et al., 2016). No Reino Unido foi estimado que anualmente 412 mil pessoas desenvolvem uma nova úlcera de pressão (UP) e a variação do custo para cura foi de £1,064 (Categoria I) até £10,551 (Categoria IV)(Bennett et al., 2004). Em Portugal, €9 milhões foram direcionados para tratamento das UP na Macronésia (Arquipélagos de Açores, Madeira, Canárias e Cabo Verde), no ano de 2006. Esse custo correspondeu a 4,5% da despesa pública da saúde dos Açores (Grupo Investigação Científica em Enfermagem, 2008). Outro estudo, realizado na Irlanda, para estimar o custo de UP categoria IV, mostrou que €119 mil são gastos ao longo de um período de cinco meses por paciente. Ainda nesse estudo os autores estimam que €250 milhões são gastos por ano para gerir as UP em todos os locais de atendimento da Irlanda (Gethin et al., 2005). No Brasil, foram identificados estudos que estimaram o custo médio, por paciente, das UP com variação de R$98,90 a R$180,00 por dia com aumento proporcional ao aumento do grau de destruição tecidual (Lima, 2011). Outro estudo realizado em Minas Gerais, identificou gasto mensal que variou de R$915,75 a R$36.629,95. Os gastos anuais estimados foram de R$445.664,38 desconsiderando gastos com recursos humanos (Costa et al., 2015). Cortez et al., 2019, avaliaram os custos do tratamento de lesões 21 cutâneas na atenção primária à saúde e concluíram que os custo do tratamento com coberturas avançadas foi, aproximadamente, sete vezes inferior quando comparado à modalidade com coberturas convencionais, representando uma economia de mais de R$ 85.000,00, ressaltando que o tempo de tratamento na modalidade com coberturas avançadas foi menor que o curativo com coberturas convencionais e permitiu o retorno mais breve dos pacientes a suas atividades laborais. Essa opção terapêutica ainda proporcionou maior disponibilidade de tempo dos profissionais, visto que os curativos não são realizados diariamente. Os resultados desse estudo subsidiam a decisão da gestão municipal na adoção de práticas mais eficazes e menos dispendiosas no cuidado de pessoas com lesões cutâneas. Vale ressaltar que o Conselho Internacional de Enfermagem considerou que algumas tecnologias são capazes de reduzir os custos, frente ao aumento na eficiência e efetividade dos cuidados. Portanto, é importante investir no desenvolvimento de estudo de feridas como um campo interdisciplinar a fim de diminuir os gastos com esse tipo de tratamento, ajudar a gerenciar a saúde pública e melhorar a qualidade de vida dos pacientes. 2.2. Definição e Tipos de Biomateriais Park e Lakes, 2007 definem que biomaterial é qualquer material empregado na fabricação de dispositivos para substituir uma parte ou função do corpo de forma segura, confiável, econômica e fisiologicamente aceitável. Trata- se de uma definição geral, mas clara e coerente. Já Hench (1980), definiu que biomateriais tinham a finalidade de atingir uma combinação adequada das propriedades físicas do material com a do tecido reimplantado, com mínima toxicidade ao hospedeiro. Por fim, Williams (2009) conceituou biomateriais como qualquer substância que tenha sido engenheirada de modo que, sozinha ou em sistemas complexos, seja empregada para conduzir, por meio do controle de interações com componentes de sistemas vivos, o curso de determinada terapia ou diagnóstico médico. Pires et al (2015) relata que há cerca de 300 mil produtos utilizados na área de saúde que são biomateriais nesta última década. Dentre eles, estão os curativos, dispositivos para a liberação de medicamentos (na forma de adesivos, 22 partículas ou transdérmicos), materiais implantáveis (como suturas, placas, substitutos ósseos, tendões, telas ou malhas, válvulas cardíacas, lentes, dentes), dispositivos biomédicos (como biossensores, tubos de circulação sanguínea, sistemas de hemodiálise), órgãos artificiais (como coração, rim, fígado, pâncreas, pulmões, pele) e etc. Os biomateriais podem ser classificados em quatro classes de acordo com a compatibilidade que apresentam com os tecidos adjacentes: biotoleráveis, bionertes, bioativos e bioreabsorvíveis. Enquanto à natureza, os biomateriais são classificados como: metálicos, poliméricos, cerâmicos e compósitos. Além disso, a biocompatibilidade, biofuncionalidade e bioadesão são fundamentais, quanto trata-se estes biomateriais como dispositivos médicos (Herculano, 2009). Resumidamente, os biomateriais são produzidos de modo a facilitar a interface entre sistemas biológicos, buscando tratar ou substituir um órgão ou tecido lesionado. Estes podem ser empregados de diferentes formas, variando de acordo com o uso terapêutico, seja como scaffolds ou arcabouços, facilitadores do crescimento celular ou associados à compostos que promovam a liberação sustentada em um alvo específico, por exemplo. 2.3. Látex Natural (LN) Dentre as plantas produtoras de látex, a mais conhecida e explorada comercialmente é a seringueira (Hevea brasiliensis), uma planta originária da Amazônia brasileira, porém que vem sendo cultivada principalmente no sudeste Asiático (Blackley, 1997). O LN da seringueira é composto por uma complexa mistura de diferentes componentes, incluindo macromoléculas. Um dos componentes majoritários do látex é o cis e/ou trans poli-isopreno. Outros constituintes presentes no látex relatados em estudos fitoquímicos são: polissacarídeos, flavonóides, lipídios, fosfolipídios e proteínas. Comprovou-se também a existência de alcanos, cetonas triterpênicas, triterpenóides, açúcares e ácidos graxos (Uzabakiliho et al.,1987). Sabe-se que o poli-isopreno é um dos componentes de todas as espécies laticíferas, porém a elucidação dos outros constituintes necessita de estudos mais aprofundados (Nascimento, 2006). O látex amoniacal ao ser submetido a um processo de ultracentrifugação, se divide em três fases distintas 23 (Figura 2), com os percentuais aproximados, em massa/massa do látex e com a indicação dos principais constituintes em cada fase (Blackley, 1997): • F1 – Fase superior, contendo as partículas de borracha (35 %): elastômero, fosfolipídios e proteínas; • F2 – Fase intermediária, sendo o soro do látex (55 %): água, proteínas, componentes protoplasmáticos, não protoplasmáticos e eletrólitos; • F3 – Fase de fundo, contendo lutóide (10 %): proteínas, lipídios, carotenos e íons metálicos. Figura 2. Fracionamento do látex (Hevea brasiliensis) através da centrifugação de alta rotação F1 (fase superior, contendo partículas de borracha), F2 (fase intermediária, sendo o soro do látex) e F3 (fase de fundo, contendo os lutóides) Fonte: Autoria própria As partículas de borracha natural contêm centenas de moléculas de hidrocarbonetos que são envolvidas por um filme de proteínas e fosfolipídios, que lhe confere carga negativa promovendo estabilidade coloidal das partículas. O diâmetro das partículas de borracha pode variar de 5 nm até 3.000 nm, chegando em alguns casos até a 5.000 nm ou 6.000 nm (Wisniewski, 1983). Aproximadamente 27% do conteúdo total de proteínas no látex recém coletado estão adsorvidas na superfície das partículas de borracha e acredita-se que parte das proteínas estejam no interior das partículas (Rippel, 2005). Esta camada de proteínas adsorvidas confere estabilidade as partículas de látex estabilizado com amônia, devido a sua carga negativa. 24 A presença de longas cadeias de hidrocarbonetos nas moléculas de fosfolipídios faz com que tenha forte atividade de superfície, sendo fortemente adsorvidos na superfície das partículas de borracha: as cadeias de hidrocarbonetos ficam ancoradas na borracha e os grupos de cabeça polar na fase aquosa. Assim é possível explicar a forte adsorção de proteínas na superfície das partículas considerando que os fosfolipídios têm carga positiva, enquanto as proteínas têm carga negativa, levando a associação iônica entre dois tipos de moléculas (Rippel, 2005). Os lutóides formam o segundo componente principal do látex de Hevea brasiliensis. Eles são constituídos de proteínas (solúveis e insolúveis), fosfolipídios e sais minerais, ligados ou circundados por membranas e são, na média, muito maiores em tamanho do que as partículas de borracha. Eles têm de 2.000 a 5.000 nm de diâmetro, ligados por uma membrana de cerca de 8 nm de espessura também com carga negativa (Blackley, 1997). O conteúdo dos lutóides é chamado soro B, contém vários cátions, principalmente cálcio, magnésio, potássio, cobre e proteínas catiônicas que tem ação floculante muito rápida sobre partículas de borracha no látex, resultando na formação de microflocos. Os lutóides dissolvem quando o látex recém coletado é estabilizado com amônia, de tal forma que temos no látex amoniacal um sistema de duas fases, constituindo das partículas de borracha e do soro (Sethuraj e Mathew, 1992). O soro do látex natural tem densidade de 1,020 g/cm3 e contém diferentes espécies químicas como carboidratos, eletrólitos, proteínas e aminoácidos. (Blackey, 1997). Estes elementos são absorvidos do solo, transportados na seiva e participam de reações que envolvem a biossíntese do látex (Pierre e Jean-Luc, 2003). O látex é fonte de matéria-prima para a fabricação de vários produtos incluindo luvas, bexigas, preservativos entre outros, e mesmo sendo uma borracha natural, o látex pode causar alergias graves. A alergia ao látex é uma reação do sistema imunológico, mediada por Imunoglobina E (IgE) às proteínas (Hev b 1 a 14) encontradas no látex de borracha natural (Pierre e Jean-Luc, 2003). 25 A partir do ponto em que se estabelece a relação entre as proteínas e os processos alérgicos, iniciam-se pesquisas por tratamentos de várias formas visando reduzir ou eliminar os efeitos alergênicos das proteínas do látex. As formas testadas utilizam tratamentos com enzimas proteolíticas que hidrolisam ou segmentam as proteínas em resíduos menores e, ao mudar a forma química e/ou a conformação estrutural da proteína, a inativam para suas reações específicas como os processos alérgicos. Também são realizados tratamentos químicos com surfactantes ou detergentes que lavam no todo ou em parte as proteínas do sistema, e com reagentes alcalinos para saponificar as proteínas, o que também pode ter efeito positivo para extinguir ou atenuar o efeito adverso das proteínas. Os processos físicos como a centrifugação, mencionada anteriormente, é realizada para reduzir as proteínas por arraste no soro aquoso. Algumas manifestações alérgicas, não são causadas pelo látex, mas pelos aditivos químicos, como enxofre, tiurams, carbamatos, mercapto benzatiazoles, aminas e tiocarbonatos utilizados para fabricação de alguns materiais, como por exemplo, as luvas de procedimento comumente utilizadas na área da saúde (Raulf, 2014 e Gawchik, 2011). Estes aditivos não são utilizados na confecção das biomembranas para fins curativos, assim como as amostras desse estudo que foram preparadas com o látex de borracha natural não vulcanizado, apropriado para aplicação biológica. 2.4 Aplicações biomédicas do LN Desde sua descoberta como biomaterial, as membranas de borracha natural, tem sido objeto de vários estudos, sendo suas propriedades físicas e de biocompatibilidade determinadas inicialmente em modelos animais (Frade et al., 2001). Atualmente algumas membranas com este material têm sido empregadas como próteses e enxertos médicos, devido às suas características de biocompatibilidade e estímulo natural à angiogênese (Guryanov et al., 2016). De acordo com a literatura, o látex da seringueira possui propriedades indutoras de regeneração tecidual, as quais foram constatadas em diferentes estudos, tais como: cicatrização de feridas em tecidos cutâneos (Frade, 2003), reconstituição de membrana timpânica, regeneração de ossos (Herculano et al., 26 2009; Ereno et al., 2010; Martins et al., 2010) e substituição de alvéolo dental de ratos (Balabanian et al., 2006). O LN apresenta baixo custo, sem risco de transmissão de patógenos e de grande aplicabilidade clínico-social (Frade et al., 2001). Tais propriedades elevam o potencial de reparação tecidual proporcionando considerável diminuição no tempo do tratamento e recuperação tecidual (Mrué, 2000; Mrué, 1996). Frade et al., 2001, realizaram um estudo de grande impacto social utilizando membranas de látex natural como material indutor da cicatrização de úlceras diabéticas. A Figura 3 mostra uma ferida em estágio avançado de cicatrização após dois meses de uso contínuo da membrana de látex natural. Figura 3. Evolução da cicatrização da úlcera através da aplicação da membrana de látex: A - Aspecto inicial da ferida apresentando grande quantidade de tecido fibroso necrosado; B - Aplicação da membrana de látex natural; C - Ferida apresentando redução do tecido fibroso necrosado; D - Ferida em estágio avançado de cicatrização Fonte: Frade et al. (2001) Frade et al. (2010) pesquisaram possíveis reações alérgicas ao látex e demonstraram que a biomembrana de látex é segura como curativo para úlceras cutâneas, uma vez que não foi observada a indução de reações de hipersensibilidade entre os voluntários de baixo e alto risco submetidos ao “patch test”, nem entre os pacientes ulcerados usuários da biomembrana. Herculano et al. (2009), Ereno et al. (2010) e Romeira et al. (2012), referem que o látex natural é um material biocompatível com inúmeras aplicações, além de apresentar alta resistência mecânica e baixo custo. Atrelado a estas vantagens Alves (2003), mostrou que o látex possui a propriedade de formação de novos vasos 27 (angiogênese). Embasada nessas razões, Romeira et al. (2012) consideram que o látex da H. brasiliensis é um excelente material a ser utilizado como matriz sólida para o sistema de liberação prolongada. O efeito das membranas de látex natural foi avaliada por Spin (2018) sobre feridas em palato originadas da remoção de enxerto gengival em humanos, os resultados obtidos neste estudo não demonstraram diferenças estatística entre o grupo controle e o látex, porém no período de 3 dias pode se observar nas bordas das feridas do grupo látex, um halo esbranquiçado, o que caracteriza um processo comum em fechamento de feridas, onde existe proliferação epitelial na região da injúria, fato que pode estar relacionado com a capacidade angiogênica do látex. Chagas (2020), estudou as propriedades cicatrizantes de dois biomateriais: o látex natural e o colágeno, criando uma biomembrana alternativa para o tratamento de úlceras por pé diabético e concluiu que as membranas de látex e látex com colágeno apresentaram características que definem um bom curativo e não causaram danos às células humanas. Almeida (2019), relatou que o hidrogel de gengibre amargo é utilizado para a cicatrização de úlceras por pé diabético, evitando a amputação, pois une propriedade anti-inflamatórias, analgésicas e vasodilatadoras. Pesquisadores também desenvolveram membranas que uniram as propriedades cicatrizantes e antimicrobianas da nanocelulose com as propriedades de desbridamento da bromelina, uma protease encontrada no abacaxi (Ataide et al., 2017). Trabalhos científicos realizados com a biomembrana natural de látex com polilisina 0,1% em cães com defeito palatino, tornaram conhecidas suas propriedades de favorecimento e aceleração do processo cicatricial, de estimulação da neovascularização, de crescimento tecidual organizado em diferentes órgãos e tecidos e de biocompatibilidade. Silva e Maniscalco, 2013, avaliaram a aplicação da biomembrana de látex em cães com defeito provocado no palato e concluíram que a mesma foi um fator de aceleração do processo de reparo, visto que os animais do grupo controle demoraram mais tempo para ter o defeito totalmente fechado em relação ao grupo controle. 28 Em outro estudo Carlos, 2017, utilizou a membrana de látex sobre o defeito ósseo, envolvendo a tíbia e protegendo o coágulo sanguíneo autógeno (Figura 4) e concluiu que a utilização das membranas de látex aumentou o volume ósseo neoformado na região do defeito. Figura 4. Defeitos ósseos preenchidos com coágulo de sangue autógeno (A), membrana de látex cobrindo o terço médio da tíbia (B), e radiografia do defeito ósseo na tíbia (C). Fonte: Carlos, 2017 Ainda sobre a aplicação biomédica do LN estudos recentes têm demonstrado que este material, tornou-se alvo de grande interesse no estudo e desenvolvimento de sistemas de liberação controlada de substâncias de interesse farmacológico, sendo possível ser empregado como em próteses e enxerto devido a suas características de compatibilidade biológica e ligado ao estímulo natural de promover angiogênese (Garms et al., 2017). A incorporação de compostos terapêuticos nas matrizes de curativo pode proporcionar a liberação sustentada e localizada para a área da lesão (Guerra, et al., 2021) Herculano, 2011 e Murbach, et al. (2014) estudaram a utilização do látex natural como matriz sólida na liberação sustentada de metronidazol e ciprofloxacina, respectivamente. Borges, et al. (2014) e Floriano et al. (2018) estudaram a liberação de extrato natural da Casearia sylvestris e do cetoprofeno incorporado à matriz de látex natural, respectivamente. Na literatura existem muitos estudos sobre o látex com resultados satisfatórios que permitem a avaliação do seu emprego 29 experimental em diferentes tecidos, devido as suas propriedades de indução da neovascularização. Existem evidências que sugerem o aumento da vascularização local e a reepitelização das feridas devido a presença de proteínas no látex, conforme relataram Frade et al. (2001). O trabalho desenvolvido por Silva et al. (2014) ilustra o potencial da membrana de látex em aplicações de produtos inovadores. Neste trabalho eles desenvolveram uma membrana feita de látex e própolis, um conhecido agente com propriedades antimicrobianas, antioxidantes e anti-inflamatórias (Banskota et al., 2001). Os resultados mostraram que a incorporação de própolis nas membranas de látex conservou as características mecânicas compatíveis com os curativos, mostrando efetividade para aplicações biomédicas. Miranda et al. (2018) avaliaram a incorporação e a liberação de peptídeos utilizando a membrana de látex natural. A análise da solução da liberação mostrou novos compostos, indicando a degradação do peptídeo por enzimas contidas no látex. Foi avaliado também a liberação de peptídeo com sequências menores e a degradação não foi observada. Os resultados encontrados indicaram que o uso da membrana natural de látex como matriz sólida de sistema de liberação de peptídeos são dependentes das sequências e devem ser avaliados para cada sequência. Floriano et.al. (2017), utilizaram membranas de látex para liberação de cetoprofeno, um analgésico com potente atividade anti-inflamatória. Os resultados constataram que houve liberação de 60% do cetoprofeno incorporado em 50h, concluindo ser um sistema promissor de liberação de medicamentos que pode ser utilizado para minimizar os efeitos colaterais adversos da alta dose da entrega de drogas sistêmicas. O extrato de barbatimão foi testado por Borges et al. (2015), usando a membrana de látex como sistema de liberação, sendo possível concluir que a liberação dependeu da concentração final da solução do extrato. Outro estudo realizado por Marcelino et al. (2018), elaboraram membranas de látex com fluconazol incorporado, afim de estudar sua interação, liberação e suscetibilidade antifúngica contra cândida albicans. Os resultados mostraram que a membrana foi capaz de liberar o fluconazol e inibir o crescimento de C. albicans. 30 Tanaka et al. (2021), desenvolveram um curativo a base de sulfadiazina de prata e látex natural. O curativo mostrou-se biocompatível, aumentando a proliferação celular e liberando 32,4% da sulfadiazina em 192 h. Um adesivo natural de látex e glicerol foi desenvolvido por Barros et al. (2019), para a diminuição da dor e das fissuras no mamilo durante a lactação. O material desenvolvido apresentou alta capacidade de umidade e densidade de poros e biocompatibilidade nos testes realizados com cultura celulares. Outro teste realizado por Borges et al. (2022) com potencial para reparo de feridas, demonstraram o uso do látex incorporado com o antibiótico metronidazol e nanopartícula de ouro, promissor para aplicações dérmicas. 2.5. Engenharia tecidual no reparo de lesões cutâneas A engenharia de tecidos é um dos campos da medicina regenerativa que utiliza métodos para promover o crescimento de células através da manipulação de biomateriais, artificiais ou naturais, que forneçam o suporte para o crescimento controlado em diferentes tipos de tecido. Fundamentalmente, os biomateriais devem fornecer um ambiente que favoreça a interação celular; corresponder a uma matriz permeável que permita difusão de nutrientes, gases e metabólitos; e ainda, suporte mecânico, para a reposição e regeneração do tecido (Serpooshan et al., 2010). Os biomateriais devem exibir características como a biocompatibilidade, biodegradabilidade, capacidade de formatação, nenhuma reação imunogênica e força estrutural adequada. Vários biomateriais vêm sendo empregados como alternativas para o reparo tecidual e nesta terapêutica estão os polímeros, os quais merecem destaque, os de origem naturais. Alguns exemplos de biomateriais naturais incluem os polipeptídios, hidroxiapatita, ácido hialurônico, glicosaminoglicanas, fibronectina, colágeno, gelatina, metacrilato de gelatina (GelMA), quitosana e alginato. Esses materiais têm a vantagem de ser de baixa toxicidade e baixa resposta inflamatória e podem ser combinados em compósitos com outro material natural ou material sintético, podendo ser degradados naturalmente pelas enzimas (Chen et al., 2004). Como já descrito, o látex e/ou suas frações vem sendo aplicado na medicina como constituinte de biomateriais para o uso 31 terapêutico e em 1998, a biomembrana de látex (BML) surgiu como elemento promissor, pois além do baixo custo de obtenção, a BML possui características físico-químicas que auxiliam na cicatrização. Especificamente, Pegorin et al. (2022) caracterizou o soro látex natural por técnicas físico-químicas e investigou a biocompatibilidade por ensaios toxicológicos e teste de segurança em larvas de Galleria mellonella. Além disso, os pesquisadores observaram um efeito proliferativo pronunciado em células de fibroblastos que pode ser explicado pela presença do fator de crescimento de fibroblastos (FGF) como proteína revelada pelo teste de Western blot (Pegorin et al., 2022). A Figura 5 mostra a aplicação do soro do látex em diferentes concentrações nos animais alternativos, em diferentes dias, onde esse aparato é interessante para triagem de novos biomateriais. Figura 5. Aparência visual da avaliação da toxicidade de soro de látex em larvas de G. mellonella em três concentrações (3, 5 e 10 mg/kg) após 11 dias. Fonte: Pegorin et al. (2022) 2.6. Angiogênese e Fatores de Crescimento A formação de novos vasos se dá através da vasculogênese ou da angiogênese. Na primeira, a formação de novos vasos surge a partir de hemangioblastos, células percursoras das células endoteliais, a segunda decorre de vasos sanguíneos pré-existentes, ocorrendo por quatro mecanismos diferentes: brotação, intussuscepção (divisão de estrutura vascular pré- 32 existente), elongação/ampliação e por incorporação das células precursoras das células endoteliais nas paredes dos vasos sanguíneos. Sua regulação ocorre por meio de moléculas pró-angiogênicas e anti-angiogênicas (Chung, 2011). Como exemplo destas moléculas temos a angiopoetina (Angpt-1), através da interação com seu receptor (Tie-2), neutraliza a vaso dilatação enquanto a angiopoetina 2 (Angpt-2) desestabiliza a matriz extracelular através da degradação parcial, bem como a ativação proteolítica de fatores de crescimento (Carmeliet, 2000). A indução da angiogênese se deve a fatores como hipóxia, ph ácido, estímulos hormonais entre outros, resultando na síntese de fatores de crescimento e citocinas que são liberados na matriz extracelular migrando em direção às células endoteliais (Chung, 2011). Fatores de crescimento são proteínas produzidas por células do tecido e são responsáveis pelo fenômeno conhecido por “Comunicação Celular” promovendo a proliferação, diferenciação e quimiotaxia, induzindo a migração de variadas células. Graças a esta “comunicação química” existente entre as células que o tecido desempenha a sua função. Essas proteínas regulam direta e externamente o ciclo celular, ligando-se a receptores localizados na membrana plasmática de células epiteliais, tais como os macrófagos, fibroblastos e queratinócitos, provocando uma cascata bioquímica que além de produzirem os fatores de crescimento também são ativadas por eles, atuando assim de forma autócrina ou parácrina (Vermolena et al., 2006; Balbino et al., 2005). Muitos fatores de crescimento existem em várias isoformas, com diversos tipos de receptores presentes nas feridas, o que aumenta a complexidade de suas funções. Os fatores de crescimento são capazes de induzir efeitos em múltiplos tipos de células e provocam uma série de funções biológicas em diversos tecidos. O efeito sinérgico de diferentes fatores tem uma consequência positiva na cicatrização (Metha e Fitzpatrick, 2007). De acordo com Lorenz e Longaker (2006), o fator de crescimento (Figura 6), tem efeito benéfico no processo de cicatrização acelerando as taxas de cura em feridas normais ou, em alguns casos, em feridas de difícil cicatrização, como as feridas diabéticas (Man; Winland; Plosker, 2001). 33 Figura 6. Mecanismos de comunicação celular promovido por fatores de crescimento Fonte: Cesaretti (1998) Os fatores de crescimento se depositam na matriz extracelular de tecidos normais na forma latente. Quando ocorre a lesão e a matriz é destruída, os fatores são liberados na forma ativada e, assim, ajudam no início e na regulação do processo de reparo, portanto a importância, também, da matriz extracelular na regeneração das feridas (Marx, 2004). Através do envelhecimento e por decorrência de algumas doenças, a produção de fatores de crescimento é diminuída e, com ela, a fisiologia do tecido. Vários peptídeos com papel de fator de crescimento relacionados à angiogênese já foram purificados, entre eles o fator ácido de crescimento de fibroblastos (aFGF), o fator básico de crescimento de fibroblastos (bFGF), a angiogenina, o fator endotelial II derivado das plaquetas (PD-ECGF), o fator induzido por hipóxia (HIF-1), o fator de transformação do crescimento α e β (TGF- α e TGF-β), o fator de crescimento derivado de plaqueta (PDGF), o fator de necrose tumoral α (TNF-α), o fator de crescimento epidérmico (EGF), a interleucina 1 (IL-1), a interleucina 2 (IL-2), o fator de cicatrização/fator de crescimento do hepatócito (SF/HGF) e o fator de permeabilidade vascular (VPF), 34 atualmente chamado de fator de crescimento do endotélio vascular (VEGF) (Paques, 1997). Um dos principais fatores responsáveis pela angiogênese, com importante ação na proliferação, sobrevivência e migração celular, além de mediar a permeabilidade vascular é o fator de crescimento endotelial vascular (VEGF) e seus receptores (Pinho, 2005). 2.7. Fator de crescimento endotelial vascular (VEGF) O VEGF foi um dos primeiros fatores angiogênicos a serem identificados e acredita-se ser o principal regulador da angiogênese, com ação específica para células endoteliais. Em 1983, Harold Dvorak e colaboradores foram os primeiros a identificar esta glicoproteína por meio da purificação de células tumorais, ao perceberem que esta melhorava a permeabilidade celular, sendo chamada de fator de permeabilidade vascular (VPF). Posteriormente, em 1989, Ferrara e Henzel identificaram a mesma proteína da qual Ferrara já tinha purificado e sequenciado em meio condicionado com células pituitárias bovinas e relataram que ocorreu a proliferação das células endoteliais vasculares. Em 1990, ficou claro que as duas proteínas eram a mesma, passando a ser denominada fator de crescimento endotelial vascular (VEGF) (Roskoski, 2007). Como um potente fator de permeabilidade, o VEGF promove extravasamento do fibrinogênio plasmático, levando a formação de escadas de fibrina (Figura 7) que facilita a migração celular durante invasão. Como um fator de crescimento endotelial, o VEGF estimula a proliferação de células endoteliais, induzindo o brotamento de novos vasos sanguíneos (Kaseb, 2009). 35 Figura 7. Mecanismo do fator de crescimento endotelial vascular (VEGF) na cicatrização de feridas Fonte: Philip, 2009 A formação de novos vasos sanguíneos é iniciada por condições de hipóxia ou isquemia. Os baixos níveis de oxigênio levam ao acúmulo de Fatores Induzidos por Hipóxia (HIF-1) que estimulam a expressão de fatores de crescimento angiogênico (Lee et al., 2001). A família VEGF é composta de sete glicoproteínas; VEGF-A, VEGF-B, VEGF-C, VEGF-D, VEGF-E, VEGF-F e o fator de crescimento placentário. São mediados por três receptores transmembrana tirosina quinase, conhecidos como VEGFR (receptor do fator de crescimento endotelial vascular) denominados: VEGFR-1 (fms-like tyrosine kinase 1 ou Flt1), VEGFR-2 (fetal liver kinase, Flk1 ou KDR), VEGFR-3 (fms-like tyrosine kinase 4 ou Flt4) (Ferrara, 2003). Os dois primeiros são expressos predominantemente em células endoteliais vasculares e o VEGFR-3 é expresso principalmente em células endoteliais linfáticas. As neutrofilinas 1 e 2 (NRP- 1 e 2) também agem como receptores para alguns membros da família do VEGF (Capp, 2009). 36 A função principal que ambos os receptores (VEGFR-1 e VEGFR-2) possuem no desenvolvimento do sistema vascular foi demonstrada em cobaias, em estudos desenvolvidos no Instituto Samuel Lunenfeld em Toronto, no ano de 1995. Através dessas pesquisas, pode-se observar que a eliminação dos genes relacionados a ambos os receptores Flt-1 ou Flk-1 em cobaias resultou em letalidade embrionária (Ferrara, 2002). Os vários membros da família VEGF tem diferentes afinidades de ligação com cada receptor. O VEGF-A é o fator chave na indução da angiogênese, que através da ligação ao receptor VEGFR-2 leva ao aumento da permeabilidade vascular (Miyazawa, 2007). O VEGF-B é expresso no coração e musculatura esquelética, acredita-se que seja importante no desenvolvimento cardíaco além de regular a biodisponibilidade do VEGF-A competindo pelo receptor VEGFR-1 e NRP-1, ao qual se liga (Roskoski, 2007). O VEGF-C se liga com o VEGFR-3 e com o VEGFR-2, promovendo também a angiogênese (Miyazawa, 2007). O VEGF-D também se liga ao receptor linfático VEGFR-3, induzindo a linfangiogênese. Além disto, promove a disseminação de células tumorais para os linfonodos (Young, 2008). O VEGF-E conecta-se com o VEGFR-2, in vitro estimulando a quimiotaxia e mitose celular, in vivo induz a angiogênese e aumenta a permeabilidade vascular (Roskoski, 2007). O fator de crescimento mais recentemente descoberto é o VEGF-F, proveniente do veneno de cobra, este fator se liga somente com o VEGFR-2 e aumenta em até cinco vezes a permeabilidade vascular (Matsunaga, 2009). O VEGF, como citado previamente, poder ser induzido por vários fatores, sendo a concentração celular de oxigênio um dos principais. Na vigência de hipóxia, ocorre o aumento da quantidade de VEGF, de glóbulos vermelhos e fornecimento de oxigênio (Roskoski, 2007). A hipóxia induz a síntese de VEGF através do fator indutor de hipóxia (HIF). HIFs são fatores de transcrição heterodimérico composto por duas subunidades, α e β. A subunidade HIF-1α é regulada pelos níveis teciduais de oxigênio, sendo mantido em baixa quantidade em condições normais (Chung, 2011). 37 A formação de vasos sanguíneos requer uma ativação coordenada de vários mediadores, no entanto a hiper expressão do VEGF-A resulta em vasos anormais, tortuosos, frágeis, com propensão a sangramento e exsudação (Bondke, 2011). Além da hipóxia, vários fatores regulam a expressão do VEGF, entre eles, os fatores de crescimento PDGF (Muniz, 2009), o EGF (Raiser et al., 2009), o TGF-β e também prostaglandina E (Simo, 2008). 2.8. Fator de Crescimento fibroblástico (FGF) Os fatores de crescimento fibroblásticos (FGF – fibroblast growth fator) regulam uma infinidade de processos no desenvolvimento, incluindo o desenvolvimento embriológico, homeostase e processos regenerativos (Marie, 2003). A família dos FGF é composta de 22 membros estruturalmente relacionados (Ornitz, Itoh, 2001). Os FGFs possuem como característica a interação destes com a heparina e proteoglicanos que os estabiliza da desnaturação térmica, proteolítica e limita a sua difusibilidade. Esta interação é ainda essencial para a sinalização de seus receptores (Ornitz, 2000). Dentre todos os FGFs, aqueles que vem demonstrando maior potencialidade de participação no processo de reparo são FGF1, FGF2, FGF4, FGF7 e o FGF10 (Abraham, Klagsbrun, 1996). Em lesões por queimaduras em ratos, foi detectada a imunorreatividade na regeneração da epiderme para o FGF2, acompanhada de formação de tecido de granulação e renovação capilar (Kibe et al., 2000). Este fator foi também detectado nas margens de queimaduras em humanos. Diferentemente do VEGF, o FGF-2 tem ação pleiotrópica, estimulando o crescimento tanto de células endoteliais, como de células da musculatura lisa, fibroblastos e células tumorais (Folkman, 1992). Além de estimular o crescimento, esse fator pode degradar a membrana basal pela ativação de colagenases, gelatinases e proteases (Mignatti, 1989). A demonstração da participação do FGF7 no processo de reparo foi feita por Guo et al. (1996). Posteriormente, foi verificado que seu RNAm era 38 predominantemente detectado em fibroblastos da derme e em tecido de granulação de humanos e de camundongos (Marchese et al., 1995). Os FGFs se ligam e ativam 4 tipos de receptores tirosino Kinase (Givol, Yayon, 1992), designados como receptores de alta afinidade ao FGF (FGFRs). O gene de cada um dos quatro FGFRs (FGFR 1 - 4) pode sofrer splicing alternativo, dando origem a uma série de possíveis isoformas de FGFRs, com afinidade variadas pelos vários FGFs. 2.9. Fator de crescimento transformante alfa (TGF-α) e fator de crescimento transformante beta (TGF-β1) O fator de crescimento transformador alfa (TGF-α) é secretado pelas plaquetas, macrófagos e células epidérmicas e é responsável pela angiogênese e epitelização (Campos, 2007). O fator de crescimento transformador beta (TGF- β) constitui a superfamília de mediadores locais que regulam a proliferação e as funções das células, sendo produzidos por plaquetas e macrófagos. O TGF-β é responsável pela ativação dos fibroblastos a produzirem colágeno e a transformarem-se em miofibroblastos que promovem a contração da ferida (Abegão, 2014). Em mamíferos, a subfamília TGF-β é composta por três isoformas, denominadas TGF- β1, TGF- β2 e TGF- β3. Dos fatores transformadores de crescimento, TGF- β1 é o mais importante fator envolvido na reparação, pois é regulado pelas células recrutadas para o sítio da injuria. Juntamente com algumas citocinas antiinflamatórias, o TGF- β1 estimula subunidades de integrinas que facilitam a migração das células que vão iniciar a diferenciação celular relacionadas com o reparo do tecido afetado (Bernabeu, 2009). A importância do TGF- β1 na manutenção da homeostasia tecidual foi demonstrada por D’Souza et al. (1990), em um estudo empregando camundongos knockout para este fator de crescimento. Uma vez adultos, pôde ser observada nos dentes destes animais a presença de inflamação e necrose difusas tanto em um tecido como em outro, além de um desgaste por atrição acentuado. Todos os membros da família TGF- β se ligam a receptores de superfície celular tipo I e II (TBRI e TBRII) que por sua vez formam complexos 39 heteroméricos na presença de ligantes dimerizadores. São descritos sete TBRI, também nomeados ALKs (activin-like receptor kinases), bem como cinco TBRII (Shi e Massague, 2003). Os ligantes solúveis se ligam primeiramente ao TBRII, que é constitutivamente ativo. Em seguida, ocorre a incorporação de TBRI com sua consequente fosforilação formando um complexo ligante-receptor ativado (Kang et al. 2009). Na sequência, o TBRI ativado fosforila moléculas efetoras downstream denominadas Smads. Esta família de proteínas é responsável pela sinalização intracelular de TGF- β. Os membros desta família são bem conservados e classificados em três grupos: (i) R-Smads (Smads associadas a Receptor), (ii) Co-Smads (Smads Cooperadoras) e (iii) I-Smads (Smads inibitórias) (Huminiecki et al., 2009). 2.10 Fisiopatologia da reparação tecidual A reparação tecidual é um processo complexo, que envolve a organização de células, os sinais químicos e a matriz extracelular. Com o rompimento da integridade tecidual, logo se inicia o processo de reparo, que compreende uma sequência de eventos moleculares e celulares que objetivam restaurar o tecido lesado. Só durante a fase fetal o reparo de lesões se dá sem a formação de cicatriz, ocorrendo perfeita restauração do tecido pelo processo de neoformação tecidual. Após o nascimento, o organismo se torna limitado, e em algumas situações, desencadeia a formação da cicatriz após o reparo (Mendonça e Coutinho-Netto, 2009). Os mecanismos da cicatrização em sequência ordenada de eventos foram descritos por Carrel em 1910, e divididos posteriormente em cinco elementos principais: inflamação, proliferação celular, formação do tecido de granulação, contração e remodelamento da ferida (Balbino & Pereira, 2005). Há trabalhos que dividem as fases de cicatrização em três ou quatro fases. Recentemente, Clark reclassificou esse processo em três fases divididas, didaticamente, em: fase inflamatória, fase de proliferação ou de granulação e fase de remodelamento ou de maturação (Campos et al., 2007), descritas a seguir. 40 2.10.1 Fase de inflamação Após a ocorrência do ferimento, inicia-se a fase inflamatória, com o extravasamento sanguíneo que preenche a área lesada com plasma e elementos celulares, principalmente plaquetas (Werner e Grose, 2003). As lesões capazes de atingir profundamente o tecido cutâneo desencadeiam um reflexo axônico que leva a vasoconstrição transitória com oclusão dos vasos injuriados. Passados alguns minutos, ocorre a vasodilatação e exsudação dos componentes plasmáticos não celulares através dos espaços entre as células endoteliais. O principal componente desse fluído é a fibrina, que tem a função de preencher os espaços teciduais, formando um tampão na tentativa de controlar a hemorragia (Peacock, 1984) e formar uma barreira contra a invasão de micro- organismos. O coágulo estabiliza as bordas da ferida e organiza uma matriz provisória necessária para a migração celular (Raiser, 2000; Werner e Grose, 2003). Essa matriz servirá também, como reservatório de citocinas e fatores de crescimento que serão liberados durante as fases seguintes do processo cicatricial (Werner e Grose, 2003). A resposta inflamatória, que perdura cerca de três dias, na qual ocorre a migração sequencial das células para a ferida é facilitada por mediadores bioquímicos que aumentam a permeabilidade vascular, favorecendo a exsudação plasmática e a passagem de elementos celulares para a área da ferida. Os mediadores bioquímicos de ação curta são a histamina e serotonina e os mais duradouros são a leucotaxina, bradicinina e prostaglandina. A prostaglandina é um dos mediadores mais importantes no processo de cicatrização, pois além de favorecer a exsudação vascular, estimula a mitose celular e a quimiotaxia de leucócitos. Os primeiros elementos celulares a alcançar o local da ferida são os neutrófilos e os monócitos, com a função de desbridar as superfícies da ferida e fagocitar as partículas antigênicas e corpos estranhos. O pico de atividade dos polimorfonucleares ocorre nas primeiras 24- 48 horas após o trauma, seguindo-se por maior aporte de macrófagos durante os dois a três dias seguintes. O macrófago ativado é a principal célula efetora do processo de reparo tecidual, degradando e removendo componentes do tecido conjuntivo danificado, 41 como colágeno, elastina e proteoglicanas. Além desse papel na fagocitose de fragmentos celulares, os macrófagos também secretam fatores quimiotáticos que atraem outras células inflamatórias ao local da ferida e produzem prostaglandinas, que funcionam como potentes vasodilatadores, afetando a permeabilidade dos microvasos (Emining et al., 2007). Os macrófagos produzem vários fatores de crescimento, tais como o PDGF, o TGF-β, o fator de crescimento de fibroblastos (FGF) e o VEGF, que se destacam como as principais citocinas necessárias para estimular a formação do tecido de granulação e ativam os elementos celulares das fases subsequentes da cicatrização tais como fibroblastos e células endoteliais (Mencia-Huerta, 1993). 2.10.2 Fase de proliferação A fase de proliferação e reparo é caracterizada pelo aumento de fibroblastos que migram para o interior do ferimento para sintetizar e depositar colágeno, elastina e proteoglicanos. Esta fase inicia-se por volta do 3º dia após a lesão, perdura por 2 a 3 semanas e é o marco inicial da formação da cicatriz. Compreende: reepitelização, que se inicia horas após a lesão, com a movimentação das células epiteliais oriundas tanto da margem como de apêndices epidérmicos localizados no centro da lesão; fibroplasia e angiogênese, que compõem o chamado tecido de granulação responsável pela ocupação do tecido lesionado. Os fibroblastos produzem a nova matriz extracelular necessária ao crescimento celular, enquanto os novos vasos sanguíneos carreiam oxigênio e nutrientes necessários ao metabolismo celular local (Singer, Clark, 1999). A necessidade de oxigênio para movimentação, migração celular e síntese proteica é responsável pelo brotamento e crescimento neovascular da periferia para o centro da ferida (Raiser, 2000). A rede vascular se mantém quiescente, porém com a capacidade de iniciar a angiogênese, principalmente durante a cicatrização (Li et al., 1999). A angiogênese está presente em todo o processo de reparação, independente do tecido acometido pela injúria. É reconhecido como um fenômeno de grande importância para a reparação dos tecidos. Os principais fatores estimuladores 42 envolvidos são fatores de crescimento de células endoteliais e alguns fatores quimiotáxicos (Mrué, 2000). A indução da angiogênese foi inicialmente atribuída ao FGF (Fator de crescimento Fibroblástico) e subsequentemente, muitas outras moléculas foram identificadas como angiogênicas, incluindo o VEGF, o TGF-β, a angiogenina, a angiotropina e a angiopoetina-1. Além disso, a baixa tensão de oxigênio e elevados níveis de ácido lático e aminas bioativas, ativam o macrófago para a produção de fatores de crescimento, estimulando a angiogênese. Estudos revelam que tecidos isquêmicos e acometidos pela hipoxemia arterial, ou seja, baixa concentração de O2 no sangue apresentam atraso no processo de cicatrização. Dessa forma, a hipóxia tecidual controlada na superfície da ferida parece ser fundamental para a angiogênese e, consequentemente, para uma cicatrização efetiva. Muitos autores demonstraram que o fator indutor de hipóxia 1-alfa (HIF-1 α), é um importante componente para a fechamento das feridas cutâneas. (Garret et al., 1990) Muitas proteínas parecem induzir a angiogênese de forma indireta, estimulando a produção de FGF e VEGF por macrófagos e células endoteliais, indutores diretos da angiogênese (Mendonça e Coutinho-Netto, 2009). A nova rede vascular expande-se para o centro da lesão, dando à cavidade lesional uma aparência rosada, chamada de tecido de granulação. À medida que o fluxo sanguíneo e a oxigenação são restabelecidos, o principal fator desencadeador da angiogênese é reduzido e os vasos neoformados começam a diminuir (Neto, 2003). O tecido de granulação consiste primariamente em vasos sanguíneos invasores, fibroblastos e produtos de fibroblastos, incluindo o colágeno fibrilar, elastina, fibronectina, glicosaminoglicanos sulfatadas e não sulfatadas, e proteases. O tecido de granulação é produzido três a quatro dias após a lesão, como um passo intermediário entre o desenvolvimento da malha formada por fibrina e fibronectina e a síntese e reestruturação de colágeno. 43 2.10.3 Fase de maturação A última fase do processo cicatricial é a maturação que começa entre duas e três semanas após a lesão. Nela está envolvida uma série de fatores, como a contração da ferida e a remodelação da matriz de colágeno. Uma vez que a superfície provisória de células epiteliais é formada, a migração epitelial é interrompida devido à inibição por contato (Raiser, 2000). O fechamento ocorre por contração das paredes que margeiam a lesão. Essa ação é realizada pelos fibroblastos ativados, os quais se diferenciam para miofibroblastos, que aproximam as margens da ferida, forçando as fibras de colágeno a se sobrepor e se entrelaçar e, desta maneira, conferem o suporte para a diminuição da lesão, que é influenciado pelo tamanho inicial da ferida, formato, espessura dos tecidos circunvizinhos e forças externas, como movimento (Bojrab, 1982). Caso, o volume ou integridade tecidual sejam reduzidos, a contração pode ser insuficiente para fechar a ferida, resultando em granulação exuberante ou em superfície epitelial prematura. Nesses casos, deve-se lançar mão do uso de enxertos ou implantes, para orientar as bordas da ferida e facilitar a cicatrização (Neto, 2003). Muitas variáveis tanto de ordem geral como de ordem local também podem influenciar esse longo e complexo processo cicatricial. Dos fatores gerais, interferem a idade, o estado nutricional, alterações cardiovasculares e utilização de drogas sistêmicas. Dos fatores locais podem interferir: o ambiente mais ou menos contaminado no qual ocorre a ferida, infecção sistêmica concomitante, uso de drogas imunossupressoras tópicas e ressecamento do leito da ferida (Mandelbaun et al., 2003). Por fim, Sun et al. (2014) descreveu os avanços na enxertia de pele e tratamento de feridas cutâneas, na qual relata que as fases de proliferação são divididas em quatro estágios: Hemóstase, inflamação, proliferação e modelagem. A Figura 8 mostra as fases da cicatrização, as linhagens celulares e os fatores de crescimento. 44 Figura 8. Detalhamento das fases de cicatrização, com fatores de crescimento e linhagens celulares. Fonte: Sun et al. (2014) 2.11 Mecanismos Antioxidantes Estudos para determinação da capacidade antioxidante são cruciais para avaliação de produtos naturais bem como para o entendimento das interações entre oxidantes e espécies reativas de oxigênio. Muitos estudos têm avaliado o potencial antioxidante de compostos fenólicos, os quais se destacam em relação a outras classes de produtos naturais por neutralizar os danos oxidativos. Os danos podem ocorrer quando há um desbalanço entre a produção de espécies reativas de oxigênio e sua eliminação através dos sistemas antioxidantes. Esse desequilíbrio pode ocorrer quando ocorre a depleção dos sistemas antioxidantes 45 de defesa, resultando em lesões oxidativas a macromoléculas e diversas estruturas celulares que, se não forem reparadas, alteram a funcionalidade das células, tecidos e órgãos (Cotinguiba et al., 2013). As propriedades antioxidantes de substâncias de origem natural apresentam várias perspectivas relacionadas ao cuidado da saúde humana. Embora não seja comum a utilização de plantas medicinais como antioxidantes, suas propriedades terapêuticas podem ser em parte devido a capacidade que elas apresentam de neutralizar as espécies reativas de oxigênio envolvidas no desenvolvimento de enfermidades para as quais as plantas são indicadas (Desmarchelier et al., 1999). Espécies vegetais podem apresentar uma ampla variedade de moléculas capazes de inativar radicais livres, tais com compostos fenólicos (ácidos fenólicos, flavonóides, quinonas, cumarinas, taninos, etc), compostos nitrogenados (alcalóides, aminas), vitaminas (E, C), terpenóides (carotenóides), bem como muitos outros metabólitos endógenos que exercem ação antioxidante. Existe uma relação direta entre a atividade antioxidantes e o conteúdo de substâncias fenólicas em plantas (Velioglu et al., 1998). Heim et al. (2002), sugerem que a capacidade antioxidante de compostos fenólicos é induzida principalmente por causa da localização de radicais hidroxila e de ligações duplas. 2.12 Importância da avaliação da hemocompatibilidade e citocompatibilidade Os ensaios de citocompatibilidade e hemocompatibilidade são ferramentas essenciais na determinação da segurança associada ao uso de um determinado biomaterial em diferentes tecidos ou órgãos. A integração com os tecidos e a capacidade de funcionalização com diferentes ambientes biológicos são características importantes para os dispositivos biomédicos, pois minimizam efeitos adversos. Avaliar as relações entre as propriedades dos materiais e as reações que elas induzem, podem ajudar a prever respostas precoces e efeitos a longo prazo. Com essa finalidade são realizados ensaios in vitro por meio de cultura celular utilizando os 46 biomateriais. Por meio da cultura celular é possível avaliar parâmetros como citocompatibilidade, toxicidade, adesão, proliferação celular, dentre outros. Ensaios com sangue (avaliação de hemocompatibilidade) e bactérias também ajudam a realizar uma melhor caracterização dos biomateriais, pois estão diretamente relacionados a outros efeitos indesejados como a formação de trombos e colonização de microrganismos na superfície desses materiais (Pulyala et al., 2017). 2.13 PCR Quantitativo em Tempo Real (qPCR) para análise da expressão dos genes em estudo A reação em cadeia da polimerase em tempo real (qPCR) está sendo amplamente utilizada para investigação biológica, sendo extremamente útil na determinação da expressão gênica. Os crescentes estudos de análise de expressão gênica, em diversas espécies sob condições experimentais específicas, vêm propiciando o acúmulo de informações que permitem o melhor entendimento de processos celulares e fisiológicos. A qPCR distingue-se dos outros métodos disponíveis para a expressão do gene em termos de precisão, sensibilidade e resultados rápidos, sendo estabelecido como o padrão ouro para a análise de expressão gênica. Essa tecnologia pode ser aplicada para estudos além da expressão gênica, como: microRNAs, análise de SNPs, mutações pontuais relacionadas a doenças, mecanismos imunes e de processos metabólicos dos organismos em geral. Dessa forma as frações F1 e soro do látex, em estudo, foram avaliadas por meio de análise de expressão dos genes associados à angiogênese. 2.14 Testagem de novos biomateriais em animais alternativos Apesar de todos os esforços na busca de métodos alternativos ao uso de animais para experimentação, os testes in vivo ainda apresentam importância para determinar a segurança da aplicação de biomateriais, desde que executados respeitando os preceitos e normas vigentes para experimentação animal. Dadas as discussões a respeito de diretrizes e da legislação sobre animais de experimentação, o Brasil aprovou a Lei no 11.794 de 8 de outubro de 47 2008, conhecida como “Lei Arouca” que regulamenta o uso de animais em pesquisas científicas no país. Contudo, no Brasil como em outros lugares, um dos maiores desafios para os formuladores de políticas públicas é a harmonização das disposições legais, sem prejudicar a pesquisa (FILIPECKI et al., 2011). Desta forma, ratos (utilizados geralmente para se investigar o sistema imunológico), coelhos (submetidos a testes cutâneos e oculares, além de outros procedimentos), gatos (que servem sobretudo às experiências cerebrais), cães (normalmente destinados ao treinamento de cirurgias), rãs (usadas para testes de reação muscular e principalmente, na observação didática escolar), macacos (para análises comportamentais, dentre outras coisas), porcos (cuja pele frequentemente serve de modelo para o estudo da cicatrização), cavalos (muito utilizados no campo da sorologia), pombos e peixes (que se destinam, em regra, aos estudos toxicológicos), dentre outras várias espécies, são animais que servem como modelo experimental do homem. Outro organismo utilizado em testes para estudar o sistema circulatório e os efeitos colaterais das drogas, são os Blackworms (Lumbriculus variegatus), uma espécie de verme Oligoqueta. Os oligoquetas aquáticos têm uma longa história de uso em bioensaios, pois provavelmente foram os organismos coletados por Aristóteles e os primeiros a serem utilizados, por ele, em testes de toxicidade, quando bioensaios rudimentares foram conduzidos para verificar o efeito da água salgada nesses organismos (Chapman, 2001). A utilização desse grupo em estudos de avaliação de impacto ambiental cresceu muito e já nas últimas décadas, com o aprimoramento da ecotoxicologia, esses animais passaram a ter grande potencial para serem utilizados como organismos testes. Seeley et al. (2021) usaram L. variegatus: como um novo organismo de invertebrado (in vivo) para estudos farmacológicos, onde ensaios comportamentais foram realizados para medir o efeito de drogas sobre a capacidade de movimentação dos Blackworms. Adicionalmente, Ryan e Elwess (2017) também examinaram a influência de fármacos nas taxas de pulsações desses organismos em diferentes níveis de concentrações (Figura 9), além de duas novas formas de avaliar os Blackworms ao microscópio. 48 Figura 9. Imagem da seção transversal lateral dos Blackworms para verificação das ondas de pulsações Fonte: Ryan, 2017 De acordo com Warren et al. (1998), Chironomidae e Oligoqueta são os táxons mais indicados para se avaliar os efeitos de contaminantes no ambiente, pois sua exposição a produtos químicos não se dá apenas pela coluna d’água, mas também pela ingestão do sedimento. 2.15 Características gerais dos Blackworms (Lumbriculus variegatus) Os Blackworms (Lumbriculus varigatus) são animais invertebrados pertencentes ao filo Annelida, subclasse Oligoqueta e família Lumbriculidae. Eles são encontrados na América do Norte, na Europa e norte da Ásia. A espécie também foi introduzida na África do Sul, Austrália e Nova Zelândia. Mais recentemente, foi encontrado na Patagônia, Argentina, onde diversas outras espécies exóticas se estabeleceram (Marchese et al., 2015). No Brasil, ela foi introduzida no estado de Minas Gerais. Entretanto, a sua introdução e estabelecimento nos locais brasileiros em que foram encontrados ainda não são totalmente compreendidos. A hipótese defendida por Marchese et https://www.wiki.pt-pt.nina.az/%C3%81frica_do_Sul.html https://www.wiki.pt-pt.nina.az/Austr%C3%A1lia.html https://www.wiki.pt-pt.nina.az/Nova_Zel%C3%A2ndia.html https://www.wiki.pt-pt.nina.az/Nova_Zel%C3%A2ndia.html https://www.wiki.pt-pt.nina.az/Patag%C3%B3nia.html https://www.wiki.pt-pt.nina.az/Argentina.html https://www.wiki.pt-pt.nina.az/Minas_Gerais.html 49 al. (2015), é de que sua introdução se deu a partir de lojas de peixes e aquários, uma vez que diversos oligoquetas são usados como alimento para peixes. A espécie tem preferência por habitats rasos em margens de lagoas, lagos, riachos e rios. Seus microhabitats favoritos incluem folhas e troncos em decomposição, bem como sedimentos na base de vegetações emergentes e musgos (Marchese et al., 2015). Em seu habitat, os Blackworms usam a cabeça para perfurar sedimentos e detritos moles, enquanto que a parte caudal é mantida próxima à superfície (Figura 10) formando um ângulo reto que quebra a tensão superficial da água, essa postura conhecida como reflexos de vôo, parece promover trocas gasosas mais intensas entre o ar e o vaso sanguíneo dorsal. Figura 10. Reflexos de vôo de Blackworms Fonte: Autoria própria Os Blackworms apresentam reprodução sexuada (o que é extremamente raro) e assexuada por fragmentação com rápida capacidade de regeneração. A cabeça e a cauda são translúcidas, mas facilmente distinguíveis. Não possuem coração, o sangue é distribuído por contrações rítmicas do vaso sanguíneo dorsal que pulsa o sangue ao longo do corpo, segmento por segmento, da cauda até a cabeça. São animais triblásticos, possuem ectoderme, endoderme e mesoderme. Como outros anelídeos, os Blackworms têm sistema circulatório fechado e possuem dois grandes vasos sanguíneos, um dorsal e um ventral. A https://www.wiki.pt-pt.nina.az/Habitat.html https://www.wiki.pt-pt.nina.az/Micro-habitat.html 50 maioria dos segmentos do corpo dos Lumbriculus possuem pares laterais de vasos pulsáteis, cuja pulsação é coordenada com a do vaso dorsal. Pulsações ao longo do vaso sanguíneo dorsal (DBV) impulsiona o sangue através do sistema circulatório. A parede do corpo do Blackworm é transparente, sendo possível visualizar a pulsação do DBV usando microscopia de luz (Lesiuk & Drews, 1999). Esses vermes não possuem olhos, mas as estruturas sensoriais presentes na parede corporal dos Lumbriculus incluem células fotossensíveis primitivas, capazes de detectar a passagem de uma sombra. São excelentes organismos para estudar a regeneração, regulação das atividades reflexas, bioacumulação, ecotoxicidade, toxicidade de poluentes ambientais e regulamentação de pulsações dos vasos sanguíneos (Drewes e Fourtner, 1990). https://pt.frwiki.wiki/wiki/Yeux 51 3. OBJETIVOS 3.1 Objetivos Gerais Investigar a expressão e a ação biológica do látex sobre a atividade dos fatores de crescimento FGF, VEGF e TGF em cultura de fibroblastos 3T3 e sua biocompatibilidade em Blackworms (Lumbriculus variegatus). 3.2 Objetivos Específicos - Identificar a presença de grupos funcionais presentes nas amostras de látex utilizando a análise da espectroscopia no infravermelho por transformada de Fourier (FTIR). - Avaliar da capacidade hemolítica da membrana de látex e das frações F1 e soro do látex em hemácias. - Avaliar a capacidade antioxidante e o teor de fenóis totais da fração F1 e soro do látex. - Avaliar a influência das frações F1 e soro e membrana do látex nas taxas de pulsações em L. variegatus. - Avaliar a citotoxicidade da membrana de látex e das frações F1 e soro do látex em cultura de fibroblasto 3T3 e macrófagos J774. - Desenhar as sequências de primers para serem utilizadas como iniciadores na amplificação espécie-específica por qPCR. - Padronizar o método PCR Quantitativo em Tempo Real (qPCR) para análise da expressão dos genes em estudo. - Avaliar os mecanismos envolvidos na cultura celular tratadas topicamente com o látex natural da seringueira Hevea brasiliensis. - Verificar a expressão de FGF, VEGF e TGF (importantes fatores de crescimento) durante a cultura de fibroblastos 3T3. 52 4 MATERIAIS E MÉTODOS 4.1 Desenho Experimental O desenho experimental, apresentado na Figura 11, foi desenvolvido para fins de ilustrar as etapas do projeto e facilitar a compreensão das análises realizadas. Figura 11. Desenho experimental Fonte: Autoria própria 4.2 Preparação das Membranas de Látex Natural O Látex Natural (LN) foi obtido da BDF Comércio de Produtos Agrícolas Ltda, Guarantã/SP e estabilizado com hidróxido de amônia 0,7% (v/v de borracha) para fornecer um pH 10, seguido de centrifugação a 8.000 rpm para fornecer uma solução de 60% (v/v) de borracha e reduzir as proteínas presentes no látex natural relacionadas à reação alérgica (Garms et al., 2017). 53 As membranas de borracha natural foram preparadas a partir da solução líquida de látex natural estabilizada com hidróxido de amônio, conforme Figura 12. Na preparação das membranas foram utilizadas placas de Petri de 9,5 cm de diâmetro interno e de fundo reto, para obter filmes de espessura uniforme e controlada. Foi depositado 1mL da solução de látex sobre a placa de Petri e deixada em temperatura ambiente por 24 horas para completa coagulação (Tanaka et al., 2021). Figura 12. Extração de Látex da seringueira (Hevea brasiliensis) para produção das membranas Fonte: Autoria própria 4.3 Obtenção do Soro e Fração F1 do Látex Natural O soro e a fração F1 foram gentilmente cedidas pelo Prof. Dr. Ricardo José de Mendonça do Instituto de Ciências Biológicas e Naturais (ICBN) da Universidade Federal do Triângulo Mineiro (UFTM) seguindo o protocolo proposto por Mendonça (2008). Basicamente, o soro do látex teve seu pH corrigido para 9,0 e aplicado diretamente na coluna cromatográfica à temperatura ambiente e eluído com tampão bicarbonato de amônio 0,01 M em gradiente descontínuo e crescente de NaCl (0 M; 0,15 M; 0,25 M e 1,5 M de NaCl), com o fluxo empregado de 7 mL/min e monitorado em espectrofotômetro a 280 nm. Por fim, as amostras soro e fração F1 foram diluídas em água nas concentrações de 0,01%, 0,1% e 1% (v/v) e armazenadas em freezer - 20ºC, para posterior utilização. 54 4.4 Caracterização físico-química e biológica do material 4.4.1 Análise por Espectroscopia no infravermelho (FTIR) A caracterização da composição química da membrana, da fração F1 e Soro do látex foi realizada utilizando um equipamento de FTIR Bruker® Tensor 27 (Karlsruhe, Alemanha) operando na região entre 4000-400 cm-1, fonte de laser HeNe e detector DLaTGS com resolução 4 cm-1 e 32 varreduras. Para as análises foi utilizado o método ATR, equipado com um cristal de diamante. 4.4.2 Ensaio de hemólise A hemólise é definida como o rompimento da membrana da hemácia, causando a liberação da hemoglobina (Hb) e de outros componentes intracelulares para o plasma (Figura 13). A Hb livre, por exemplo, apresenta alta absorbância em comprimentos de onda que variam entre 415 nm e 570 nm. Dessa forma, a sua liberação como resultado da ocorrência de lise dos eritrócitos provoca elevação aparente na concentração dos analitos medidos nessa escala de comprimento de onda, devido ao aumento da absorbância medida dessas amostras (Burns e Yoshikawa, 2002; Ismail e cols., 2005; Lippi e cols., 2005; Rother e cols., 2005). A Hb contém outros componentes que também podem interagir ou competir com os reagentes do ensaio, bem como elevar a quantidade do analito dosado, tais como proteínas estruturais, enzimas, lipídios e carboidratos presentes no plasma ou soro analisado (Lippi e cols., 2005). 55 Figura 13. Hemólise identificada em uma amostra de sangue centrifugada caracterizada através da intensidade da cor avermelhada do plasma. Fonte: Autoria própria A interação da membrana, da fração F1 e do soro do látex com as hemácias foram estudadas por meio de ensaios hemolíticos, de acordo com Borges et al. (2015) e Cesar et al. (2019), com algumas modificações. Neste experimento, 3 mL de células sanguíneas de ovelha (NEW PROV®, código: 1189, Paraná, Brasil) foram usados com 3,8% (m/v) de citrato de sódio (Sigma- Aldrich®, EUA) como anticoagulante (na proporção de 9:1, sangue: citrato). A mistura foi lavada duas vezes com solução salina 0,9% (p/v) e centrifugada a 1000 rpm por 10 min, descartando-se o sobrenadante. As amostras da fração F1 e soro foram preparadas em três concentrações (50%, 30% e 15%) a partir da solução estoque a 1% (v/v), em seguida 500 μL das amostras e 500 μL da solução de eritrócitos a 5% (v/v) em solução salina 0,9% (p/v) foram incubados a 37ºC por 24 h. Membranas de 5mm de diâmetro foram incubadas em contato direto com 1mL de solução 5% eritrócitos. As amostras foram centrifugadas a 1000 rpm por 10 min e alíquotas de 100 μL do sobrenadante foram pipetadas em microplacas de 96 poços. O controle negativo foi determinado com 500 μL de solução salina 0,9% (hemólise 0%), enquanto o controle positivo foi usado com 500 μL de Triton X- 100 1% (v/v) em solução salina 0,9% (hemólise 100%). A análise foi medida em leitor de microplacas (PowerWave Epoch2, BioTek Instruments®, EUA) a 540 nm. Valores menor que 5% de hemólise, foram 56 considerados não tóxicos nos experimentos. O experimento foi realizado em triplicata e a taxa de hemólise (%) foi calculada usando a Equação 1. Equação 1- Fórmula para o cálculo da hemólise expresso em porcentagem 𝑇𝑎𝑥𝑎 𝑑𝑒 ℎ𝑒𝑚ó𝑙𝑖𝑠𝑒 (%) = (𝐴𝐵𝑆𝑎𝑚𝑜𝑠𝑡𝑟𝑎 − 𝐴𝐵𝑆𝑛𝑐) (𝐴𝐵𝑆𝑝𝑐 − 𝐴𝐵𝑆𝑛𝑐) 𝑥100 onde ABS é a absorbância das amostras, ABSnc é a absorbância do controle negativo e ABSpc é a absorbância do controle positivo. 4.4.3. Ensaio de Atividade Antioxidante 4.4.3.1 Determinação da atividade Antioxidante através do método de sequestro de radicais livres (DPPH) Para determinação da atividade antioxidante foi utilizado o método de captura do radical livre 2,2- difenil-1-picril-hidrazila, DPPH (Brand-Williams et al., 1995). Para o preparo da solução de DPPH foi dissolvido 7,8 mg de DPPH em 100 mL de metanol absoluto, que foi homogeneizado e transferido para um frasco mantido sob refrigeração e protegido da luz. 4.4.3.2 Preparo das soluções de quercetina para obtenção da curva analítica A determinação da curva da quercetina foi realizada a partir do preparo da solução estoque onde foi solubilizado 10,00 mg de quercetina em 10 mL de metanol. Em seguida foram preparadas diluições seriadas, em triplicatas, nas concentrações de 10 μg/mL, 5 μg/mL, 2,5 μg/mL, 1,25 μg/mL, 0,625 μg/mL e 0,3125 μg/mL, utilizando balões volumétricos de 5 mL. A curva de calibração foi construída a partir dos valores de absorbância a 517 nm de todas as soluções, utilizando como "branco" 1mL de metanol. 57 4.4.3.3 Preparo das amostras F1 e Soro do látex para avaliação da atividade antioxidante As amostras F1 e soro foram preparadas em triplicatas a partir da solução estoque 1% (m/v) e diluídas para as concentrações de 0,03 µg/mL, 0,06 µg/mL, 0,125 µg/mL, 0,25 µg/mL e 0,5 g/mL. 500μL das amostras foram adicionados em tubos de ensaio juntamente com 500μL da solução de DPPH, cobertas com papel alumínio e deixadas no escuro à temperatura ambiente. Após 30 minutos, foi medida a absorbância a 517 nm em espectrofotômetro de UV-VIS. Para cada amostra foi realizado um teste “branco” consistindo do volume da amostra (500 µL) e metanol (500 µL). O controle negativo, contendo 500 µL de metanol e 500 µL de DPPH, foram medidos após o mesmo período de incubação no escuro (30 minutos). O porcentual de inibição do DPPH (ou a % da atividade antioxidante) foi calculado utilizando a equação 2 (Burda; Oleszek, 2001). Equação 2- Fórmula para inibição do DPPH expresso em porcentagem % 𝑑𝑒 𝑖𝑛𝑖𝑏𝑖çã𝑜 𝑑𝑜 𝐷𝑃𝑃𝐻 = 𝐴𝑐𝑛 − 𝐴𝑎 𝐴𝑐𝑛 𝑥100 onde Acn é a absorbância do controle negativo e Aa é a absorbância da amostra/padrão. A Figura 14 mostra a estrutura do DPPH antes e depois da reação com um composto antioxidante (A-H). 58 Figura 14. Mudança da coloração do radical livre (DPPH) antes e depois da reação com um composto antioxidante (A-H). Fonte: Rufino (2007); Rezende(2010). 4.4.4 Dosagem de fenóis A quantificação de compostos fenólicos por espectrofotometria presentes nas amostras envolve a redução do reagente Folin-Ciocalteau com formação de complexo azul. Tal coloração permite a determinação da concentração das substâncias redutoras, como pode ser visto na Figura 15. As concentrações para a determinação de fenóis totais foram realizadas a partir da adição de 100 µL das amostras que foram inicialmente preparadas através de uma diluição seriada, obedecendo a uma ordem decrescente das concentrações (0,5, 0,25, 0,125, 0,06 e 0,03 µg/mL), sendo posteriormente adicionados 500 µL do reagente Folin - Ciocalteau a 10% e 6 mL de água deionizada. A solução foi homogeneizada e após 3 minutos, 1,5 mL de carbonato de sódio a 20% (p/v) foi adicionado e o volume completando 10 mL com água destilada. As amostras permaneceram incubadas (120 minutos) a temperatura ambiente e sem a presença de luminosidade. Após esse período as absorbâncias das amostras foram lidas a 765 nm utilizando como branco água deionizada. Como padrão para o teste foi utilizado o ácido gálico (AG) a fim de 59 que seus valores sirvam de comparação para a determinação dos compostos fenólicos presentes nas soluções, expressos a partir da quantidade de AG presentes em cada miligrama da amostra em estudo (Singleton et al., 1999). A média das leituras dos testes foram obtidas através dos resultados expressos em microgramas de AG por miligramas da amostra. Figura 15. Dosagem de fenóis totais empregando o reagente Folin Fonte: Autoria própria 4.4.5 Cultura celular Foram selecionadas duas linhagens para realização da cultura celular: fibroblastos (3T3, Mus musculus) e macrófagos (J774, Mus musculus) obtidas do Banco de Células do Rio de Janeiro – BCRJ/UFRJ. Sob condições estéreis, as linhagens 3T3 e J774 foram descongeladas em banho-maria à 37 ºC e as células foram ressuspensas em 9mL do meio DMEM incompleto em Falcon de 15 mL para retirada do DMSO do meio de congelamento. O tubo foi centrifugado a 1200 rpm por 7min e o sobrenadante foi descartado, vertendo o tubo, e o pellet foi ressuspenso em 10 mL de meio de cultura DMEM suplementado com 10% de soro bovino fetal e 1% de solução de antibiótico/antimicótico (penicilina 10.000 U, estreptomicina 10.000 µg e 25 µg de anfotericina B) (Sigma-Aldrich®, Estados Unidos). Em seguida as células foram transferidas para a garrafa de cultivo celular de 75cm2. As células foram mantidas em estufa úmida a 37ºC e 5% de CO2. Após atingir 80% de confluência, a monocamada foi ressuspensa em solução de tripsina (Sigma-Aldrich®, Estados Unidos), incubada a 37ºC durante 2 minutos, seguida pela paralisação da reação pela adição de DMEM completo. O volume da garrafa foi plaqueado novamente, representando a segunda 60 passagem, para continuação do cultivo celular. Após a tripsinização, as células foram contadas em Câmara de Neubauer para utilização nos testes de viabilidade celular. 4.4.6 Viabilidade celular O teste de viabilidade celular foi realizado por contato direto com as linhagens 3T3 (fibroblastos) e J774 (macrófagos). Essas linhagens foram plaqueadas em microplacas de 24 poços, aproximadamente na densidade de 4x103 células/poço, com volume de 400 µL de meio de cultura completo, em triplicata. As placas foram incubadas à 37°C, em estufa com 5% de CO2, perman