Biofunctionalization of PLDLA scaffolds immobilized with cyclic RGDfK peptide and knuckle epitope (73-92) of BMP-2

Orientador: Eliana Aparecida de Rezende Duek Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica Resumo: A biofuncionalização de scaffolds poliméricos biorreabsorvíveis através da imobilização química de peptídeos bioativos, capazes de serem naturalmente reconhecidas pelo tecido ósseo nativo e então, estimularem a diferenciação osteogênica de células tronco mesenquimais, é uma estratégia bastante promissora na área da engenharia tecidual óssea. No presente trabalho, a superfície de scaffolds de poli (L-co-D,L ácido lático) ¿PLDLA foram biofuncionalizadas com o peptídeo cíclico RGDfK e peptídeo derivado do epítopo knuckle da proteína BMP-2 (73-92) que estão envolvidos, principalmente, na adesão celular e regulação da maturação do tecido ósseo. A imobilização dos peptídeos foi obtida através da pré-ativação da superfície do PLDLA usando o tratamento por plasma de oxigênio, seguido da imobilização covalente dos peptídeos via reação EDC/sulfo-NHS. Os resultados obtidos pela técnica de espectroscopia de fotoelétrons excitados por raios-X (XPS) e espectroscopia de reflectância total atenuada (FTIR-ATR) confirmaram a imobilização dos peptídeos que estabelecem eficiência de ligação na proporção de 1:2, com predominância do peptídeo BMP-2 sobre o cRGD, também confirmada por microscopia confocal a laser (MCL). O tratamento por plasma de oxigênio na condição de potência de 100W resultou na expressiva diminuição da massa molar que é indicativa de degradação, contudo, a propriedade mecânica dos scaffolds não foi afetada. A avaliação biológica dos scaffolds biofuncionalizados com os peptídeos cRGDfK, BMP-2 e cRGDfK/BMP-2 demonstrou que a associação dos peptídeos exerce efeito sinérgico sobre a adesão e diferenciação osteogênica de células-tronco mesenquimais de medula óssea de ratos Wistar, que foi confirmada pelo maior nível de fosfatase alcalina e produção de colágeno encontrados após 7 dias de cultura. Estes resultados são indicativos de que o método de modificação de superfície utilizado no presente estudo pode ser usado no desenvolvimento de arcabouços bioativos e biomiméticos com potencial aplicação na engenharia tecidual óssea e medicina regenerativa Abstract: The biofunctionalization of bioresorbable polymeric scaffolds by chemical immobilization of bioactive peptides capable of being naturally recognized by the native bone tissue and then, stimulate osteogenic differentiation of mesenchymal stem cells (MSCs), is a promising strategy in bone tissue engineering field. In the present study, the surface of poly (L-co-D,L lactic acid) ¿ PLDLA was biofunctionalized with the cyclic RGDfK peptide and peptide derived from the knuckle epitope of BMP-2 (73-92), which are mainly involved in cell adhesion and regulation of bone maturation. The immobilization of peptides was obtained through the pre-activation of PLDLA surface using oxygen plasma treatment, followed by the covalent immobilization of peptides via EDC / sulfo-NHS reaction. The results obtained by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and attenuated total re?ectance infrared spectroscopy (ATR-FTIR) techniques confirmed the immobilization of peptides which establishes bond efficiency in a 1: 2 ratio with predominance of BMP-2 on cRGDfK peptide, also confirmed by confocal laser microscopy (CLM). The oxygen plasma treatment under power condition of 100W resulted in a significant decrease in molecular weight which is indicative of degradation; however, the mechanical properties of biofunctionalized scaffolds were not affected. Biological evaluation of biofunctionalized scaffolds with the peptides cRGDfK, BMP-2 and cRGDfK / BMP-2 demonstrated that the association of the peptides exerts synergistic effect on adhesion and osteogenic differentiation of Wistar rats bone marrow derived mesenchymal stem cells (MSCs), which was confirmed by a higher level of alkaline phosphatase and collagen production found after 7 days of culture. These results indicate that the surface modification method in the present study can be used in the development of bioactive and biomimetic scaffolds with potential application in bone tissue engineering and regenerative medicine Doutorado Materiais e Processos de Fabricação Doutora em Engenharia Mecânica FAPESP 2012/22593-0