Síntese e caracterização de nanopartículas densas e esféricas de vidro bioativo contendo íons cobalto para potencial aplicação em engenharia de tecidos cardíacos

CNPq - Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico FAPEMIG - Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Minas Gerais CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior Doenças cardiovasculares são uma das principais causas de morte e hospitalizações no mundo atualmente, e devido à baixa capacidade regenerativa natural do músculo cardíaco, as opções de tratamento para casos graves de cardiopatias são bastante limitadas. Portanto, a engenharia de tecidos vem sendo investigada como uma alternativa para o tratamento dessas doenças. A abordagem atual envolve a incorporação de células tronco ou cardiomiócitos a scaffolds tridimensionais biocompatíveis capazes de estimular o desenvolvimento celular. No entanto, a vascularização de enxertos artificiais é um desafio. Os vidros bioativos (VB), aplicados extensivamente para regeneração óssea, tem sido atualmente investigados para aplicações em tecidos moles, sendo um dos motivos a sua capacidade de estímulo da vascularização, em especial quando são incorporados à sua estrutura íons com conhecidas propriedades angiogênicas, como íons cobalto (Co). Nesse trabalho, foram sintetizadas nanopartículas de VB no sistema SiO2/CoO em diferentes composições nominais pelo método de Stöber modificado, e análises químicas confirmaram que cobalto foi incorporado com sucesso ao sistema, com concentração máxima de 11,1% molar. A obtenção de nanopartículas esféricas e densas foi confirmada, com tamanho de partícula entre 63 ± 9 e 66 ± 7 nm, confirmado por microscopia eletrônica de transmissão. A formação de Co3O4 depositado como uma segunda fase na superfície das partículas foi observada e confirmada por Difração de Raios-X, e a Espectroscopia de Fotoelétrons Excitados por Raios-X (XPS) indicou que o cobalto também foi incorporado à rede vítrea como Co2+. Apesar de um perfil de liberação rápido de Co em tampão fosfato salino (PBS), as partículas obtidas não se mostraram citotóxicas a células endoteliais da veia do cordão umbilical humano (HUVEC) em concentrações de até 500 μg.mL-1. Assim, a metodologia sol-gel empregada permitiu a obtenção de nanopartículas esféricas densas de VB contendo cobalto, como um modificador de rede, com potencial para serem empregadas para a engenharia de tecidos cardíacos. Cardiovascular diseases are one of the leading causes of death and hospitalization in the world today, and due to the low natural regenerative capacity of the heart muscle, treatment options for severe cases of heart disease are quite limited. Therefore, tissue engineering has been investigated as an alternative treatment for such diseases. The current approach involves the incorporation of stem cells or cardiomyocytes into biocompatible three-dimensional scaffolds capable of stimulating cell development. However, the vascularization of artificial patches is a challenge. Bioactive glasses (BGs), which have been extensively used for bone regeneration, are now being investigated for applications in soft tissues. One of the reasons being their ability to stimulate vascularization, especially when ions with known angiogenic properties are incorporated into their structure, such as cobalt (Co) ions. In this work, VB nanoparticles were synthesized in the SiO2/CoO system in different nominal compositions by a modified Stöber method, and chemical analysis confirmed that cobalt was successfully incorporated into the system, with a maximum concentration of 11.1% mol. Spherical and dense nanoparticle morphology was confirmed, with particle size ranging from 63 ± 9 to 66 ± 7 nm by transmission electron microscopy. Co3O4 formation deposited as a second phase on the particles’ surface was observed and confirmed by X-Ray Diffraction, and X-Ray Photoelectron Spectroscopy (XPS) indicated that cobalt was also incorporated into the glass network as Co2+. Despite a rapid release profile of Co in phosphate-buffered saline (PBS), the obtained particles were not cytotoxic to human umbilical cord vein endothelial cells (HUVEC) at concentrations up to 500 µg.mL-1. Thus, the sol-gel methodology employed proved effective for the obtention of dense spherical BG nanoparticles containing cobalt as a network modifier, with potential applications in cardiac engineering.