Author(s): Uden, Sebastião Nicolau Dentinho van
Date: 2014
Persistent ID: http://hdl.handle.net/10400.14/16139
Origin: Veritati - Repositório Institucional da Universidade Católica Portuguesa
Subject(s): Intervertebral disc; Tissue engineering; Reverse engineering; Rapid prototyping; Patient-specific; Disco intervertebral; Engenharia de tecidos; Engenharia reversa; Prototipagem rápida; Tratamento personalizado; Domínio/Área Científica::Engenharia e Tecnologia::Outras Engenharias e Tecnologias
Intervertebral disc (IVD) degeneration disease (IDD) is considered the main cause for low back pain (LBP), which has a world socioeconomic burden of 70 billion euros a year. Tissue Engineering (TE) is an exponentially growing area due to its potential of finding patient-specific treatments in terms of immunological compatibility by using the patient’s own cells. Though, it is possible to increase TE patient-specificity by combining other technologies such as Reverse Engineering (RE) and Rapid Prototyping (RP). In this sense, it is possible to prepare a biodegradable scaffold that is both immunological and structurally compatible. This strategy has the potential to significantly increase implant integration and decrease immunological rejection, allowing the scaffold to be progressively replaced with newly synthesised tissue to ultimately regenerate the IVD into a fully functional anatomical motion segment. Herein is reported a preliminary proof-of-concept for that strategy using rabbit IVD’s cells as well as morphology and structure. In this sense, the annulus fibrosus (AF) structure was replicated by RE and RP into a polycaprolactone scaffold, and the cells were encapsulated in methacrylated gellan gum (GG-MA) hydrogel as a nucleus pulposus (NP) substitute. The AF scaffold’s cytotoxicity, mechanical behaviour, porosity and superficial morphology were also analysed. It was observed a significant level of biocompatibility from the AF replica and a similar porosity in relation with the native IVD. Cell adhesion, proliferation and viability were assessed until 21 days of culture in GG-MA. The metabolic activity was higher in the NP cells than in the fibroblast cell line, both cultured in GG-MA. In the future, this novel strategy is envisaged to treat IDD, and remove LBP, by fully regenerating the intervertebral disc.
A degeneração do disco intervertebral é considerada a maior causa de dor lombar, que por sua vez tem um impacto socioeconómico mundial na ordem dos 70 mil milhões de euros por ano. A Engenharia de Tecidos é uma área de investigação que está a crescer exponencialmente e que tem o potencial de desenvolver novos tratamentos, livres de rejeição imunológica, uma vez que são utilizadas células do próprio paciente. No entanto, é possível aumentar esse potencial de compatibilidade com o paciente combinando Engenharia Reversa com Prototipagem Rápida. Com isto visa-se o desenvolvimento de uma estrutura biodegradável e compatível tanto imunologicamente com estruturalmente, que vai sendo progressivamente substituída por novo tecido até se alcançar uma regeneração definitiva do disco intervertebral. A prova-de-conceito preliminar desta estratégia terapêutica é reportada neste estudo através da utilização tanto de células, como a própria estrutura e morfologia, do disco intervertebral de coelho. A estrutura do anel fibroso foi replicada por Engenharia Reversa e Prototipagem Rápida em policaprolactona, enquanto que para servir como substituto do núcleo pulposo foram encapsuladas células num hidrogel de goma gelana metacrilada. A citotoxicidade, comportamento mecânico, morfologia superficial e porosidade da réplica do anel fibroso foram analisadas. Verificou-se que a porosidade é similar ao disco nativo e que o nível de biocompatibilidade está acima de 80%. As imagens de miscroscopia mostraram que as várias camadas da estrutura apresentam uma boa ligação após a solidificação do polímero. A adesão, proliferação e viabilidade celular na goma gelana metacrilada foram analisadas até 21 dias de cultura. Observou-se uma maior actividade metabólica nas células do núcleo pulposo do que na linha celular de fibroblastos, ambas encapsuladas em goma gelana metacrilada. Como trabalho futuro, pretende-se utilizar esta estratégia para tratar casos de degeneração do disco de uma forma efetiva em que o resultado final, após absorção da estrutura, é um disco intervertebral nativo biomecanicamente funcional.
