Biomaterial feito de colágeno e açúcar de algas se mostra capaz de estimular a regeneração óssea

Estudo conduzido na Universidade de São Paulo (USP) revela que um novo biomaterial, produzido com colágeno e carragenana (substância extraída de algas), pode estimular localmente respostas mineralizantes de células ósseas in vitro, demonstrando potencial para substituir com sucesso ossos naturais em implantes realizados para tratar traumas ou patologias, como osteossarcoma.

O novo biomaterial, descrito recentemente na revista Biomacromolecules, foi desenvolvido por pesquisadores do Laboratório de Físico-Química de Superfícies e Coloides da Faculdade de Filosofia, Ciências e Letras de Ribeirão Preto da USP (FFCLRP-USP) apoiados pela FAPESP (projetos 19/25054-2, 18/25871-8 e 22/01219-5).

Atualmente, o padrão-ouro para implantes ósseos é a utilização de materiais autógenos, ou seja, retirados do corpo do próprio paciente. Esse processo, no entanto, carrega dificuldades: requer uma cirurgia adicional, com o risco de infecções, e nem sempre pode ser utilizado em grandes áreas.

A principal tendência para superar esses problemas é o desenvolvimento de materiais artificiais que repliquem com similaridade, segurança e eficiência a complexidade da estrutura óssea, como este composto de colágeno tipo 1 (proteína mais abundante na matriz óssea) proveniente de bovinos ou suínos e de carragenana. Essa última substância se assemelha ao sulfato de condroitina, que é um dos compostos presentes nos ossos naturais e tem a função de organizar e mineralizar a matriz óssea e promover a adesão celular.

Para testar sua viabilidade e potencial, cientistas cultivaram em laboratório osteoblastos (células responsáveis pela formação da matriz óssea mineralizada) de duas formas: apenas com colágeno e com colágeno e carragenana.

Imagens de microscópio da cultura de osteoblastos com colágeno e carragenana revelaram a presença de uma rede densa e uniforme de fibrilas entrelaçadas em sua superfície e fibrilas de colágeno com alinhamento semelhante aos tecidos conjuntivos densos. Os pesquisadores observaram ainda aumento na expressão de genes codificadores de proteínas relacionadas à mineralização óssea, como fosfatase alcalina (Alp), sialoproteína óssea (Bsp), osteocalcina (Oc) e osteopontina (Opn).

“Nossos resultados mostraram que a combinação de carragenana e colágeno estimulou melhor as respostas mineralizantes das células do que apenas o colágeno, validando in vitro a hipótese de que a presença de um componente semelhante quimicamente e estruturalmente a um dos compostos encontrados nos ossos junto com o colágeno é fundamental no processo”, afirma Ana Paula Ramos, professora do Departamento de Química da FFCLRP-USP e coordenadora do estudo. “A ideia agora é realizar testes in vivo para avaliar a possibilidade e a segurança de preencher qualquer tipo de defeito ósseo com esse biomaterial.”

Entre as principais vantagens do polissacarídeo extraído de algas, que já é usado com frequência na indústria alimentícia e de cosméticos como estabilizante, Ramos destaca sua abundância, seu baixo custo (em contraste ao alto custo comercial do sulfato de condroitina) e o fato de ser um material de fonte renovável, garantindo sua compatibilidade com o conceito de química verde, ramo da química que busca reduzir o uso de substâncias poluentes ou que possam comprometer o meio ambiente.

Conhecimento para diversas áreas

“Além do desenvolvimento do biomaterial a ser usado em implantes ósseos, vale destacar que, ao criar uma matriz biomimética do zero e misturá-la ao tecido natural, abrimos espaço para a realização de estudos básicos”, afirma Lucas Fabrício Bahia Nogueira, pesquisador do Departamento de Química da FFCLRP-USP e autor do estudo.

“Isso permite que pesquisadores de diferentes áreas possam entender e observar a interação dessas células com o microambiente e os mecanismos de formação do tecido mineralizado e apliquem o conhecimento também em estudos que abordam a mineralização em outras doenças, como as cardiovasculares e renais.” O estudo interdisciplinar foi realizado ainda em colaboração com o Laboratório de Nanobiotecnologia Aplicada da FFCLRP-USP, coordenado pelo professor Pietro Ciancaglini.

O artigo Collagen/κ-Carrageenan-Based Scaffolds as Biomimetic Constructs for In Vitro Bone Mineralization Studies pode ser lido em: https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.biomac.2c01313.