Caracterização físico-química e atividade biológica de um cimento dentário à base de quitosana, nanohidroxiapatita, nanopartículas de óxido de zinco para estimulação de células nervosas de Schwann (HS-SCH-2)

Torquato, Giseli Carvalho de Paula

Os cimentos dentários e ortopédicos são utilizados amplamente em diversas aplicações clínicas. Novos cimentos vêm sendo propostos visando à preservação ou regeneração tecidual. Contudo, pouco se conhece sobre o papel desses biomateriais na regeneração nervosa. As células mais comumente envolvidas na regeneração nervosa são as células de Schwann (SCs) sendo sua principal função o suporte aos axônios através da liberação de fatores de crescimento e isolamento axonal através da formação da bainha de mielina. Como estratégia da presente pesquisa, foi estudado um cimento à base da quitosana com adição de substâncias que podem atuar sinergicamente na resposta celular nervosa, tais como, as nanopartículas (NPs) de hidroxiapatita e o óxido de zinco, visto que têm propriedades bioativas e biocondutoras, além de promoverem a condução de prolongamento axonal. A doxiciclina (Dox) foi acrescida como antimicrobiano, potente inibidora de metaloproteinases (MMPs) e estimuladora da diferenciação celular no processo de regeneração tecidual. Assim, as propriedades físico-químicas e biológicas do cimento de nano-hidroxiapatita, quitosana, óxido de zinco e doxiciclina foram avaliadas, bem como a capacidade de promover um ambiente favorável para as células nervosas periféricas. Os cimentos foram caracterizados físico-químicamente mediante a determinação do pH, tempo de presa e solubilidade, lixiviação de íons cálcio, liberação controlada de doxiciclina, difração de Raios X, Termogravimetria (TG), espectroscopia Raman, molhabibidade, e testes de atividade biológica, para assim também serem avaliados em contato com células nervosas de Schwann (HS-Sch-2). O cimento apresentou pH neutro (7,0), tempo de presa de 5,7 ± 0,22 minutos, solubilidade menor que 3%, lixiviação de cálcio de 8,14 ± 0,71 mg L-1 após 14 dias, estabilidade térmica e a análise espectroscópica ratificou a presença e diferenciação das estruturas químicas dos componentes do cimento coerentemente com as imagens das análises microscópicas. Além disso, o cimento se mostrou hidrofílico, teve efeito hemolítico baixo (17%), obteve alta citocompabilidade celular em fibroblastos ATCC 3T3 (72%) e ação antimicrobiana. O cimento aumentou significativamente o crescimento das células de Schwann, 48,6% a mais do que o grupo controle (p≤0.05), e maior capacidade metabólica na análise mitótica quando em contato com este material (33%). Pode-se concluir que o cimento proposto à base de quitosana contendo hidroxiapatita e óxido de zinco nanoparticulados com adição de doxiciclina obteve efeito bioativo em células de Schwann promovendo, assim, o crescimento e a atividade mitótica celular, sendo então um biomaterial promissor para estudos de remielinização de nervos periféricos e regeneração nervosa in vivo.

Dental and orthopedic cements are used widely in several clinical applications. New cements have been proposed aimed the tissue preservation or regeneration. Nevertheless, nerve regeneration is not well known. The cells most commonly used in nerve regeneration are Schwann cells (SCs) which represent glial cells in the peripheral nervous system, their main function being supporting axons by releasing growth factors and axonal isolation through the formation of the myelin sheath. As a strategy of this research, chitosan-based cement was studied with the addition of substances that can act synergistically in the nervous cell response, such as the hydroxyapatite and zinc oxide nanoparticles (NPs), since they have bioactive and bioconductive properties; in addition to furthermore, they promote the conduction of axonal prolongation. Doxycycline (Dox) was added as an antimicrobial, a potent inhibitor of MMPs, a stimulator of cell differentiation in the tissue regeneration process. Thus, the physical-chemical and biological properties of nanohydroxyapatite, chitosan, zinc oxide and doxycycline cements were evaluated, as well as the ability to promote a favorable environment for peripheral nerve cells. Blocks of cements were characterized physically and chemically by determining pH, setting time and solubility, calcium ions leaching, controlled release of doxycycline, X-ray diffraction, Thermogravimetry (TG), Raman spectroscopy, wetness, and biological activity tests, so they can also be evaluated in contact with Schwann nerve cells (HS-Sch-2). The cement showed neutral pH (7.0), setting time of 5.7 ± 0.22 minutes, solubility less than 3%, calcium leaching of 8.14 ± 0.71 mg L-1 after 14 days, stability thermal and spectroscopic analysis confirmed the presence and differentiation of the chemical structures of the cement components coherently with the images of the microscopic analysis. In addition, the cement was shown to be hydrophilic, had a low hemolytic effect (17%), and obtained high cell cytocompatibility in ATCC 3T3 fibroblasts (72%) and antimicrobial action. The cement significantly increased the growth of Schwann cells, 48.6% more than the control group (p≤0.05), and greater metabolic capacity in the mitotic analysis when in contact with this material (33%). It can be concluded that the proposed chitosan-based cement containing hydroxyapatite and zinc oxide nanoparticulated with the addition of doxycycline has a bioactive effect in Schwann cells, thus promoting cell growth and mitotic activity, thus being a promising biomaterial for studies of remyelinization of peripheral nerves and nerve regeneration in vivo.