Conduíte nervoso condutor com propriedades piezoelétricas para melhor diferenciação de PC12

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 12004 (2023) Citar este artigo

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A restauração do tecido nervoso permanece altamente desafiadora, principalmente devido à limitada capacidade de regeneração do sistema nervoso e ao desenvolvimento de fibrose. Esta limitação exige a concepção de um novo canal de orientação nervosa para promover a reparação nervosa. Neste estudo, desenvolvemos um novo conduíte núcleo/casca para induzir a diferenciação de PC12. O método de co-eletrofiação foi utilizado para produzir um invólucro fibroso contendo nanocompósito de policaprolactona / fluoreto de polivinilideno PCL / PVDF, gelatina e polianilina / grafeno (PAG). A seção central do conduíte foi preenchida com hidrogel de quitosana-gelatina contendo nanopartículas de PAG e ZnO. Tal conduíte apresenta atividade antibacteriana, condutividade elétrica e propriedade piezoelétrica. O efeito de tal conduíte projetado na diferenciação de PC12 foi investigado através da análise de marcadores de diferenciação Nestin e proteína 2 associada a microtúbulos (MAP2) através de técnicas de imunocitoquímica e PCR-RT. O resultado revelou que tal conduto poderia induzir significativamente a expressão dos genes Nestin e MAP2 nas células PC12 e, portanto, é uma opção viável para diferenciação celular eficaz e regeneração nervosa.

Após a lesão, o sistema nervoso tem uma capacidade intrinsecamente limitada de regeneração1,2. O conduto de orientação nervosa (NGC) projetado para tecidos surgiu como uma alternativa esperançosa aos enxertos para reparar tecidos nervosos danificados3,4. Para fabricar NGC com estrutura semelhante à membrana extracelular (ECM), as propriedades físico-químicas, mecânicas e biológicas dos materiais, como biocompatibilidade, biodegradabilidade, propriedades mecânicas, mínimo inchaço e inflamação, bem como condução nervosa desejável são importantes . Além de várias técnicas relatadas, como impressão 3D7, formação de espuma a gás, liofilização5, a eletrofiação é uma abordagem econômica para a produção de estruturas fibrosas e porosas que poderiam imitar a MEC7,8,9 e fornecer espaço suficiente para o crescimento e proliferação de células10. A policaprolactona (PCL) como polímero biocompatível de natureza semicristalina proporciona integridade estrutural e estabilidade mecânica do arcabouço na engenharia de tecidos8,11. A gelatina é um biopolímero natural amplamente explorado na fabricação de scaffolds devido à sua alta biodegradabilidade, biocompatibilidade e ótima adesão celular12,13. Assim, pode ser usado para melhorar a fraca hidrofilicidade e a ausência de locais de fixação celular do PCL8,11. A quitosana (CS), derivada da desacetilação da quitina, possui biocompatibilidade e atividade antibacteriana14,15 Considerando as características da gelatina, a mistura da quitosana com a gelatina compensa a falta de bioatividade da quitosana16.

Muitos esforços de pesquisa revelaram o papel efetivo da força elétrica na adesão celular, proliferação, diferenciação e migração de células nervosas8,14. A polianilina (PANI) apresenta alta resistência química e térmica, bem como condutividade significativa. O grafeno com um único carbono atômico ligado a uma folha sp2 recebeu mais atenção na condutividade elétrica . Foi demonstrado que o nanocompósito de polianilina/grafeno (PAG) possui maior condutividade que o PANI8,17, o que pode ser benéfico para o crescimento e diferenciação neural5,6,18. PAG com alta condutividade elétrica e excelente estabilidade química tem sido aplicado na fabricação de conduítes condutivos. Boroojeni et al. incorporou nanocompósito PAG dentro de nanofibras de gelatina para dotar o andaime com propriedades condutoras, que se assemelham ao comportamento condutor dos axônios . Mohammadi et al. afirmou que o conduíte PCL/gelatina condutor de nervo eletrofiado multicanal contendo 2% em peso. A PAG foi a mais favorável para o crescimento celular8. Soleimani et al. afirmaram que as nanopartículas de PAG poderiam melhorar a adesão e o crescimento celular em uma estrutura à base de quitosana / gelatina . Bayat et al. expressaram o papel positivo da condutividade para estimulação e crescimento celular pela incorporação de PAG ao canal de orientação de alginato5.