Desenvolvimento de mucosa oral in vitro

Abstract

O cultivo celular permitiu diversos avanços na forma como vemos os processos que regem o funcionamento dos organismos vivos. A cultura em ambiente 2D utilizando células primárias ou linhagens imortalizadas trouxe luz a diversos questionamentos em relação: à morfologia celular; aos processos bioquímicos e metabólicos; à expressão gênica e proteica; ao estudo do comportamento celular; ao desenvolvimento de doenças; e ao desenvolvimento e teste de milhares de fármacos. Com a evolução das ferramentas de análise, lacunas quanto ao modelo 2D surgiram, principalmente relacionadas à interação célula a célula na monocamada, o que leva a alterações nas funções celulares não mimetizando o que se observa in vivo. Sendo assim modelos de cultivo 3D surgiram em uma tentativa de recriar um ambiente fisiologicamente e metabolicamente mais semelhante ao encontrado nos tecidos e órgãos. Como exemplos temos a técnica de esferoides, as culturas organotípicas, os organoides e modelos de microfluídica, que buscam tornar o modelo mais complexo com a incorporação de hidrogéis e elementos da matriz extracelular. Um dos hidrogéis mais utilizado para cultura 3D é o colágeno, que possui alta biocompatibilidade além de possuir propriedades biomiméticas. Outro ponto que ainda é um grande desafio é o desenvolvimento formas de mimetizar um sistema de circulação capaz de realizar a perfusão do meio de cultura na matriz. O objetivo desta tese foi aprimorar um modelo de mucosa utilizando diferentes fontes de colágeno e elementos da matriz extracelular e desenvolver metodologias de circulação de meio de cultura. Foi realizada uma análise comparativa entre o colágeno extraído da cauda do rato e do tendão de pé de suíno, com ação de fibroblastos primários e fibronectina e laminina ao gel de colágeno mimetizando a camada dérmica da mucosa e adição de queratinócitos (HaCaT) sobre formando o epitélio. Observamos que o uso de colágeno suíno resultou em um modelo com epitélio menos permeável suportado por uma matriz mais porosa e maior atividade de fibroblastos. A adição de componentes da MEC levou a um epitélio mais espesso e maduro e aumentou a atividade dos fibroblastos. O uso de colágeno suíno mostrou-se eficiente, e a adição de componentes da MEC potencializou o modelo de mucosa. Desenvolvemos uma patente que propõe uma estratégia para perfusão e recirculação do meio de cultura. A incorporação de outros elementos da matriz extracelular tornou o modelo de mucosa mais robusto, complexo podendo ser uma ferramenta útil no teste de fármacos.

Cell culture has allowed various advancements in how we perceive the processes governing the functioning of living organisms. 2D culture using primary cells or immortalized cell lines has shed light on various inquiries regarding cellular morphology, biochemical and metabolic processes, gene and protein expression, the study of cellular behavior, disease development, and the testing of thousands of drugs. As analytical tools evolved, gaps in the 2D model emerged, particularly concerning cell-to-cell interaction in the monolayer, leading to changes in cellular functions that do not mimic what is observed in vivo. Therefore, 3D culture models emerged in an attempt to recreate a physiologically and metabolically more similar environment to that found in tissues and organs. Examples include spheroid techniques, organotypic cultures, organoids, and microfluidic models, aiming to make the model more complex by incorporating hydrogels and elements of the extracellular matrix. One of the most commonly used hydrogels for 3D culture is collagen, which has high biocompatibility and biomimetic properties. Another challenge is the development of ways to mimic a circulation system capable of perfusing the culture medium into the matrix. The goal of this thesis was to improve a mucosa model using different sources of collagen and extracellular matrix elements and develop methodologies for medium circulation. A comparative analysis was conducted between collagen extracted from the rat tail and pig's foot tendon, with the action of primary fibroblasts and fibronectin and laminin on the collagen gel mimicking the dermal layer of the mucosa, and the addition of keratinocytes (HaCaT) forming the epithelium. We observed that the use of pig collagen resulted in a model with a less permeable epithelium supported by a more porous matrix and higher fibroblast activity. The addition of ECM components led to a thicker and more mature epithelium and increased fibroblast activity. The use of pig collagen proved to be efficient, and the addition of ECM components enhanced the mucosa model. We developed a patent proposing a strategy for perfusion and recirculation of the culture medium. The incorporation of other extracellular matrix elements made the mucosa model more robust and complex, potentially serving as a useful tool in drug testing.