Biomateriais naturais biomiméticos para engenharia de tecidos e medicina regenerativa: novos métodos de biossíntese, avanços recentes e aplicações emergentes

Pesquisa Médica Militar, volume 10, número do artigo: 16 (2023) Citar este artigo

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Os materiais biomiméticos surgiram como alternativas atraentes e competitivas para engenharia de tecidos (TE) e medicina regenerativa. Em contraste com os biomateriais convencionais ou materiais sintéticos, os andaimes biomiméticos baseados em biomateriais naturais podem oferecer às células um amplo espectro de sinais bioquímicos e biofísicos que imitam a matriz extracelular (ECM) in vivo. Além disso, tais materiais possuem adaptabilidade mecânica, interconectividade microestrutural e bioatividade inerente, tornando-os ideais para o projeto de implantes vivos para aplicações específicas em TE e medicina regenerativa. Este artigo fornece uma visão geral do progresso recente dos biomateriais naturais biomiméticos (BNBMs), incluindo avanços na sua preparação, funcionalidade, aplicações potenciais e desafios futuros. Destacamos os avanços recentes na fabricação de BNBMs e delineamos estratégias gerais para funcionalizar e adaptar os BNBMs com diversas características biológicas e físico-químicas da MEC nativa. Além disso, oferecemos uma visão geral dos principais avanços recentes na funcionalização e aplicações de BNBMs versáteis para aplicações TE. Finalmente, concluímos oferecendo a nossa perspectiva sobre os desafios em aberto e os desenvolvimentos futuros neste campo em rápida evolução.

A engenharia de tecidos (TE) visa restaurar, preservar ou melhorar a estrutura e função de tecidos ou órgãos defeituosos, integrando sinais biológicos e estratégias de bioesquema [1,2,3]. Os bioandaimes fornecem um nicho para as células, imitando a composição, estrutura e propriedades da matriz extracelular (ECM) in vivo e oferecem às células um amplo espectro de sinais biológicos e físico-químicos. A MEC atua como uma rede de biomassa que combina suavidade, resistência e elasticidade para fornecer suporte mecânico e integridade estrutural aos tecidos e órgãos. É composto principalmente por uma matriz polissacarídica com uma variedade de proteínas incorporadas, como colágeno, elastina e fibronectina. A microestrutura hierárquica tridimensional (3D) e a natureza eletromecânica da MEC desempenham um papel essencial em suas propriedades de transporte, comunicação celular, mecanotransdução e sinalização de fator de crescimento, interagindo com receptores de superfície celular, bem como fatores de crescimento de ligação e outras moléculas de sinalização.

Biomateriais naturais derivados de recursos renováveis, como plantas, animais e microrganismos, exibem uma grande diversidade de constituintes, microestruturas e propriedades fisiológicas únicas, porém complexas. Esses materiais oferecem um suporte biológico adequado para fixação e crescimento celular com um conjunto diversificado de funções em seu ambiente nativo [2, 4]. Assim, os biomateriais naturais, quando repovoados com células autólogas ou geneticamente modificadas, podem servir como modelo ideal para o desenho de implantes vivos para aplicações específicas em TE e medicina regenerativa. Consequentemente, eles são uma boa escolha para andaimes TE biomiméticos devido à sua forma e adaptabilidade mecânica, interconectividade microestrutural e bioatividade inerente, que imita a MEC nativa. Além disso, esses biomateriais naturais biomiméticos (BNBMs) possuem estruturas moleculares bem definidas e sítios ativos abundantes, permitindo modificações funcionais adicionais e/ou ancoragem com outros materiais, permitindo a preparação de uma enorme variedade de produtos personalizados com propriedades desejáveis ​​e funções afinadas. .

No entanto, os materiais naturais enfrentam diversas limitações, tais como variabilidade de lote, degradação rápida, propriedades mecânicas fracas e processabilidade limitada, que retardam a sua tradução clínica. Para imitar a MEC natural, os andaimes baseados em BNBMs podem ser adaptados para fornecer propriedades físico-químicas, mecânicas e biológicas superiores, apoiando assim a infiltração, adesão, diferenciação celular, bem como o transporte de oxigênio e nutrientes.