Chitosan-Based Hyaluronic Acid Hybrid Polymer Fibers as a Scaffold Biomaterial for Cartilage Tissue Engineering

Abstract

An ideal scaffold material is one that closely mimics the natural environment in the tissue-specific extracellular matrix (ECM). Therefore, we have applied hyaluronic acid (HA), which is a main component of the cartilage ECM, to chitosan as a fundamental material for cartilage regeneration. To mimic the structural environment of cartilage ECM, the fundamental structure of a scaffold should be a three-dimensional (3D) system with adequate mechanical strength. We structurally developed novel polymer chitosan-based HA hybrid fibers as a biomaterial to easily fabricate 3D scaffolds. This review presents the potential of a 3D fabricated scaffold based on these novel hybrid polymer fibers for cartilage tissue engineering.

Polímeros como Biomateriais para o Tecido Cartilaginoso

“…O TCa é um tecido conjuntivo especializado, altamente hidratado, composto por células condrogênicas, condroblastos e condrócitos, dispostas em uma matriz extracelular (MEC) rica em fibras de colágeno tipo II, glicosaminoglicanos (GAG), proteoglicanos e glicoproteí-nas multiadesivas (GORSLINE et al, 2010;IWASAKI et al, 2011;ROSS;PAWLINA, 2011), como pode ser observado na cartilagem hialina. Se esta MEC apresentar fibras elásticas forma-se a cartilagem elástica.…”

“…Assim sendo, os pesquisadores da Área da Bioengenharia Tecidual têm desenvolvido novos biomateriais poliméricos e/ou aperfeiçoado os existentes, mediante modificações nas suas características físico-químicas, por meio de diferentes técnicas de fabricação, como o electrospinning (BRAGHIROLLI, 2010;GORSLINE et al, 2010;IWASAKI et al, 2011, SCHNEIDER et al, 2011. Além disto, as pesquisas têm sido direcionadas para o desenvolvimento e/ou aperfeiçoamento de técnicas regenerativas, tais como abrasão, perfuração, utilização de enxertos, microfratura e implante de condrócitos em arcabouços 3D (FRENKEL et al, 1997;BARNEWITZ et al, 2007;GORSLINE et al, 2010;SCHNEIDER et al, 2011, HANNIK et al, 2012JANG et al, 2013).…”

“…É sabido que alguns componentes específicos da MEC cartilaginosa, tais como colágeno tipo II e GAGs desempenham papel crítico na regulação da expressão fenotípica das células condrogênicas e, consequentemente, influenciam a condrogênese in vitro e in vivo (DASH et al, 2011;IWASAKI et al, 2011). Neste sentido, alguns polímeros naturais como ácido hialurônico (AH) e colágeno (tipo I e II) podem ser promissores na regeneração do TCa (YAN et al, 2010;IWASAKI et al, 2011;Kim et al, 2012;JANG et al, 2013), tendo em vista que são componentes naturais da MEC cartilaginosa.…”

“…Neste sentido, alguns polímeros naturais como ácido hialurônico (AH) e colágeno (tipo I e II) podem ser promissores na regeneração do TCa (YAN et al, 2010;IWASAKI et al, 2011;Kim et al, 2012;JANG et al, 2013), tendo em vista que são componentes naturais da MEC cartilaginosa. Estudos, in vitro e in vivo, têm demonstrado que condrócitos semeados em arcabouços poliméricos naturais de alginato, de colágeno tipo II e de quitosana são capazes de sintetizar colágeno tipo II e GAGs, evidenciando, deste modo, que a atividade condrogênicas destas células foi mantida (FRENKEL et al, 1997;Yan et al, 2010).…”

“…Estudos, in vitro e in vivo, têm demonstrado que condrócitos semeados em arcabouços poliméricos naturais de alginato, de colágeno tipo II e de quitosana são capazes de sintetizar colágeno tipo II e GAGs, evidenciando, deste modo, que a atividade condrogênicas destas células foi mantida (FRENKEL et al, 1997;Yan et al, 2010). Estes resultados também foram encontrados em estudos que avaliaram polímeros híbridos, compostos pela associação de colágeno com AH (KIM et al, 2012); colágeno com quitosana (YAN et al, 2010), AH com quitosana (IWASAKI et al, 2011) e colágeno com fibrina (QU et al, 2008). A análise destes resultados possibilita inferir que o uso destes arcabouços poliméricos naturais pode contribuir para a manutenção da atividade celular condrogênica no sítio implantado e, assim, favorecer a regeneração do TCa.…”