Publicação
3D printing-based technology using mesenchymal stem cells for personalized psoriasis therapy
| Resumo: | A psoríase é uma doença inflamatória crónica que afeta cerca de 2-3% da população mundial. Esta doença é caracterizada pela hiperproliferação aberrante dos queratinócitos e infiltração de células inflamatórias na derme que resultam no aparecimento de lesões cutâneas ruborizadas, pruriginosas e em placa. A sua patogénese tem sido intensamente estudada ao longo dos anos, no entanto o mecanismo exato da doença é bastante complexo e permanece elusivo. Esta complexidade inclui fatores genéticos, epigenéticos e ambientais e uma forte interação entre o sistema imunitário inato e adaptativo. O desequilíbrio de vias inflamatórias leva a uma forte ativação das células dendríticas e produção de péptidos antimicrobianos, citocinas e quimiocinas que exacerbam a resposta inflamatória. Atualmente, o tratamento tópico desta patologia passa pela aplicação de cremes emolientes, queratolíticos e anti-inflamatórios para tratar as zonas afetadas e diminuir a inflamação da pele. Nos casos mais severos da doença, muitas vezes é necessário recorrer a terapêutica sistémica, que pode desencadear efeitos adversos mais graves. Assim sendo, as terapêuticas tópicas são preferíveis, contudo, atualmente apenas aliviam os sintomas e são insuficientes no tratamento da patologia. Por este motivo, e considerando que a indústria farmacêutica está em crescente desenvolvimento, é incentivado o desenvolvimento de abordagens terapêuticas inovadoras com tecnologias mais avançadas. O secretoma das células estaminais mesenquimais (MSC) poderá ser uma boa opção para contornar este problema. As células estaminais mesenquimais (MSC) pertencem a um subgrupo de células estaminais e podem ser isoladas a partir de vários tecidos como a medula óssea, o cordão umbilical, os dentes, a pele ou mesmo o tecido adiposo. Estas células possuem propriedades regenerativas e imunomoduladoras, através da secreção de fatores bioativos que atuam de forma parácrina, induzindo a remodelação tecidular. Tendo em conta a fragilidade destas células, vários estudos referem vantagens na utilização do secretoma celular em substituição das mesmas. O secretoma constitui os biofatores produzidos pela maquinaria celular como proteínas, hormonas, lípidos e ácidos nucleicos que exercem funções importantes não só no seu desenvolvimento, mas também no de outras células. As suas mais-valias incluem uma fácil utilização e armazenamento, uma menor imunogenicidade e acessibilidade económica. Considerando estas suas propriedades, o secretoma das MSC é um potencial candidato para uma terapêutica de inovação tópica. Atualmente, o desenvolvimento de biotintas para aplicação tópica recorrendo à impressão 3D tem sido revolucionária no sentido em que permite a produção de formas farmacêuticas melhoradas e personalizadas. A impressão 3D é uma técnica utilizada em diferentes áreas incluindo produção de órgãos, próteses, implantes, modelos anatómicos e formas farmacêuticas. Esta tecnologia baseia-se na criação de um ficheiro modelo 3D através de um software digital de design, em inglês denominado por computer aided design (CAD) software. Depois de desenvolvido, este ficheiro modelo é convertido num formato reconhecido pela impressora a utilizar e procede-se a impressão 3D da biotinta com o design pré-definido. Dentro das várias tecnologias de impressão 3D, a extrusão é a mais adequada para a bioimpressão de células porque permite a impressão de formulações semissólidas à temperatura ambiente, mantendo a viabilidade celular; permite também a utilização ampla de vários polímeros e é facilmente personalizável, ajustando parâmetros da formulação e do processo. A escolha do polímero para a formulação da biotinta é de extrema importância porque os seus parâmetros físico-químicos irão influenciar significativamente a qualidade do produto final. Um polímero ideal deve ser biocompatível, biodegradável, pouco tóxico e possuir boas propriedades mecânicas para manter a integridade do impresso 3D. Há dois principais tipos de polímeros: os polímeros naturais e os polímeros sintéticos, sendo que os primeiros geralmente possuem melhor biocompatibilidade, mas piores propriedades mecânicas relativamente aos últimos, que possuem pior biocompatibilidade, mas melhores propriedades mecânicas. O alginato e o quitosano são dois polímeros naturais frequentemente utilizados por investigadores na impressão 3D de células porque, além de possuírem as características previamente descritas, também são relativamente económicos. Após seleção dos polímeros, é necessária a produção de uma formulação otimizada que seja imprimível, mantenha a sua integridade após impressão e que constitua um meio adequado para a incorporação do secretoma celular. No sentido de evitar gastos excessivos de tempo e dinheiro no desenvolvimento de várias formulações e apenas posteriormente averiguar a sua qualidade numa abordagem quality by testing, a indústria farmacêutica tem apostado numa abordagem muito mais eficiente denominada quality by design (QbD). A QbD é uma abordagem sistemática, proativa e baseada na gestão de risco que incentiva a definição dos padrões de qualidade antes do processo de manufatura propriamente dito e a adoção de procedimentos consistentes para atingir o objetivo de qualidade previamente definido. O principal objetivo deste trabalho é a otimização de uma forma farmacêutica tridimensional (3D) para futura libertação tópica de secretoma de MSC, utilizando uma estratégia de QbD. Formulações iniciais de alginato e quitosano foram desenvolvidas para avaliar as suas propriedades físico-químicas, estudo esse que resultou na exclusão das formulações de quitosano por apresentarem valores de pH incompatíveis com a viabilidade celular. Subsequentemente, um estudo de otimização foi desenvolvido, onde se avaliou o impacto da concentração de alginato, da concentração do agente de gelificação e do efeito pré-crosslink no tempo de gelificação, que foi definido como a característica de qualidade a controlar. Os resultados demonstraram que apenas o agente de gelificação apresentou um impacto significativo no tempo de gelificação. Esta abordagem de QbD é importante para perceber em que concentrações e condições se deve trabalhar para atingir a qualidade do produto pretendida. A formulação otimizada foi utilizada como prova de conceito para corroborar a sua sustentabilidade para incorporar o secretoma celular das MSC. A produção de formas farmacêuticas que requerem a manipulação celular, deve ser realizada em condições asséticas. Quando isso não é possível, opta-se pela esterilização do material e meio de cultura e adição de conservantes à formulação. O impacto do método de esterilização, bem como da incorporação de meio celular na formulação foi avaliado recorrendo a uma análise reológica. Verificou-se uma menor interferência nos valores iniciais de viscosidade com o método de esterilização UV-C e assistiu-se a um aumento de viscosidade com a adição de meio celular. Também foi estudada a influência da incorporação na viscosidade da biotinta e a biocompatibilidade de cinco conservantes diferentes, tendo sido selecionado o NipaginTM/Nipazol® como o mais adequado. O processo de impressão e a qualidade do produto final também foram avaliadas e concluiu-se que a formulação otimizada está efetivamente apta para ser utilizada na incorporação de secretoma celular de MSC. Trabalhos futuros nesta área podem incluir o estudo e otimização de formulações com misturas de polímeros naturais e sintéticos, a fim de se obter um melhor comprometimento entre biocompatibilidade e propriedades mecânicas e também estudar a libertação de secretoma celular de MSC através da forma farmacêutica 3D. |
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| Autores principais: | Barros, Rita de Oliveira |
| Assunto: | Células estaminais mesenquimais (MSC) Impressão 3D Alginato Quality by design Aplicação tópica Mestrado integrado - 2020 |
| Ano: | 2020 |
| País: | Portugal |
| Tipo de documento: | dissertação de mestrado |
| Tipo de acesso: | acesso aberto |
| Instituição associada: | Universidade de Lisboa |
| Idioma: | inglês |
| Origem: | Repositório da Universidade de Lisboa |
| Resumo: | A psoríase é uma doença inflamatória crónica que afeta cerca de 2-3% da população mundial. Esta doença é caracterizada pela hiperproliferação aberrante dos queratinócitos e infiltração de células inflamatórias na derme que resultam no aparecimento de lesões cutâneas ruborizadas, pruriginosas e em placa. A sua patogénese tem sido intensamente estudada ao longo dos anos, no entanto o mecanismo exato da doença é bastante complexo e permanece elusivo. Esta complexidade inclui fatores genéticos, epigenéticos e ambientais e uma forte interação entre o sistema imunitário inato e adaptativo. O desequilíbrio de vias inflamatórias leva a uma forte ativação das células dendríticas e produção de péptidos antimicrobianos, citocinas e quimiocinas que exacerbam a resposta inflamatória. Atualmente, o tratamento tópico desta patologia passa pela aplicação de cremes emolientes, queratolíticos e anti-inflamatórios para tratar as zonas afetadas e diminuir a inflamação da pele. Nos casos mais severos da doença, muitas vezes é necessário recorrer a terapêutica sistémica, que pode desencadear efeitos adversos mais graves. Assim sendo, as terapêuticas tópicas são preferíveis, contudo, atualmente apenas aliviam os sintomas e são insuficientes no tratamento da patologia. Por este motivo, e considerando que a indústria farmacêutica está em crescente desenvolvimento, é incentivado o desenvolvimento de abordagens terapêuticas inovadoras com tecnologias mais avançadas. O secretoma das células estaminais mesenquimais (MSC) poderá ser uma boa opção para contornar este problema. As células estaminais mesenquimais (MSC) pertencem a um subgrupo de células estaminais e podem ser isoladas a partir de vários tecidos como a medula óssea, o cordão umbilical, os dentes, a pele ou mesmo o tecido adiposo. Estas células possuem propriedades regenerativas e imunomoduladoras, através da secreção de fatores bioativos que atuam de forma parácrina, induzindo a remodelação tecidular. Tendo em conta a fragilidade destas células, vários estudos referem vantagens na utilização do secretoma celular em substituição das mesmas. O secretoma constitui os biofatores produzidos pela maquinaria celular como proteínas, hormonas, lípidos e ácidos nucleicos que exercem funções importantes não só no seu desenvolvimento, mas também no de outras células. As suas mais-valias incluem uma fácil utilização e armazenamento, uma menor imunogenicidade e acessibilidade económica. Considerando estas suas propriedades, o secretoma das MSC é um potencial candidato para uma terapêutica de inovação tópica. Atualmente, o desenvolvimento de biotintas para aplicação tópica recorrendo à impressão 3D tem sido revolucionária no sentido em que permite a produção de formas farmacêuticas melhoradas e personalizadas. A impressão 3D é uma técnica utilizada em diferentes áreas incluindo produção de órgãos, próteses, implantes, modelos anatómicos e formas farmacêuticas. Esta tecnologia baseia-se na criação de um ficheiro modelo 3D através de um software digital de design, em inglês denominado por computer aided design (CAD) software. Depois de desenvolvido, este ficheiro modelo é convertido num formato reconhecido pela impressora a utilizar e procede-se a impressão 3D da biotinta com o design pré-definido. Dentro das várias tecnologias de impressão 3D, a extrusão é a mais adequada para a bioimpressão de células porque permite a impressão de formulações semissólidas à temperatura ambiente, mantendo a viabilidade celular; permite também a utilização ampla de vários polímeros e é facilmente personalizável, ajustando parâmetros da formulação e do processo. A escolha do polímero para a formulação da biotinta é de extrema importância porque os seus parâmetros físico-químicos irão influenciar significativamente a qualidade do produto final. Um polímero ideal deve ser biocompatível, biodegradável, pouco tóxico e possuir boas propriedades mecânicas para manter a integridade do impresso 3D. Há dois principais tipos de polímeros: os polímeros naturais e os polímeros sintéticos, sendo que os primeiros geralmente possuem melhor biocompatibilidade, mas piores propriedades mecânicas relativamente aos últimos, que possuem pior biocompatibilidade, mas melhores propriedades mecânicas. O alginato e o quitosano são dois polímeros naturais frequentemente utilizados por investigadores na impressão 3D de células porque, além de possuírem as características previamente descritas, também são relativamente económicos. Após seleção dos polímeros, é necessária a produção de uma formulação otimizada que seja imprimível, mantenha a sua integridade após impressão e que constitua um meio adequado para a incorporação do secretoma celular. No sentido de evitar gastos excessivos de tempo e dinheiro no desenvolvimento de várias formulações e apenas posteriormente averiguar a sua qualidade numa abordagem quality by testing, a indústria farmacêutica tem apostado numa abordagem muito mais eficiente denominada quality by design (QbD). A QbD é uma abordagem sistemática, proativa e baseada na gestão de risco que incentiva a definição dos padrões de qualidade antes do processo de manufatura propriamente dito e a adoção de procedimentos consistentes para atingir o objetivo de qualidade previamente definido. O principal objetivo deste trabalho é a otimização de uma forma farmacêutica tridimensional (3D) para futura libertação tópica de secretoma de MSC, utilizando uma estratégia de QbD. Formulações iniciais de alginato e quitosano foram desenvolvidas para avaliar as suas propriedades físico-químicas, estudo esse que resultou na exclusão das formulações de quitosano por apresentarem valores de pH incompatíveis com a viabilidade celular. Subsequentemente, um estudo de otimização foi desenvolvido, onde se avaliou o impacto da concentração de alginato, da concentração do agente de gelificação e do efeito pré-crosslink no tempo de gelificação, que foi definido como a característica de qualidade a controlar. Os resultados demonstraram que apenas o agente de gelificação apresentou um impacto significativo no tempo de gelificação. Esta abordagem de QbD é importante para perceber em que concentrações e condições se deve trabalhar para atingir a qualidade do produto pretendida. A formulação otimizada foi utilizada como prova de conceito para corroborar a sua sustentabilidade para incorporar o secretoma celular das MSC. A produção de formas farmacêuticas que requerem a manipulação celular, deve ser realizada em condições asséticas. Quando isso não é possível, opta-se pela esterilização do material e meio de cultura e adição de conservantes à formulação. O impacto do método de esterilização, bem como da incorporação de meio celular na formulação foi avaliado recorrendo a uma análise reológica. Verificou-se uma menor interferência nos valores iniciais de viscosidade com o método de esterilização UV-C e assistiu-se a um aumento de viscosidade com a adição de meio celular. Também foi estudada a influência da incorporação na viscosidade da biotinta e a biocompatibilidade de cinco conservantes diferentes, tendo sido selecionado o NipaginTM/Nipazol® como o mais adequado. O processo de impressão e a qualidade do produto final também foram avaliadas e concluiu-se que a formulação otimizada está efetivamente apta para ser utilizada na incorporação de secretoma celular de MSC. Trabalhos futuros nesta área podem incluir o estudo e otimização de formulações com misturas de polímeros naturais e sintéticos, a fim de se obter um melhor comprometimento entre biocompatibilidade e propriedades mecânicas e também estudar a libertação de secretoma celular de MSC através da forma farmacêutica 3D. |
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