A new heterologous fibrin sealant as scaffold to recombinant human bone morphogenetic protein-2 (rhBMP-2) and natural latex proteins for the repair of tibial bone defects

Tissue engineering has special interest in bone tissue aiming at future medical applications Studies have focused on recombinant human bone morphogenetic protein-2 (rhBMP-2) and natural latex proteins due to the osteogenic properties of rhBMP-2 and the angiogenic characteristic of fraction 1 protein (P-1) extracted from the rubber tree Hevea brasiliensis. Furthermore, heterologous fibrin sealant (FS) has been shown as a promising alternative in regenerative therapies. The aim of this study was to evaluate these substances for the repair of bone defects in rats. A bone defect measuring 3 mm in diameter was created in the proximal metaphysis of the left tibia of 60 rats and was implanted with rhBMP-2 or P-1 in combination with a new heterologous FS derived from snake venom. The animals were divided into six groups: control (unfilled bone defect), rhBMP-2 (defect filled with 5 mu g rhBMP-2), P-1 (defect filled with 5 mu g P-1), FS (defect filled with 8 mu g FS), FS/rhBMP-2 (defect filled with 8 mu g FS and 5 mu g rhBMP-2), FS/P-1 (defect filled with 8 mu g FS and 5 mu g P-1). The animals were sacrificed 2 and 6 weeks after surgery. The newly formed bone projected from the margins of the original bone and exhibited trabecular morphology and a disorganized arrangement of osteocyte lacunae. Immunohistochemical analysis showed intense expression of osteocalcin in all groups. Histometric analysis revealed a significant difference in all groups after 2 weeks (p < 0.05), except for the rhBMP-2 and FS/rhBMP-2 groups (p > 0.05). A statistically significant difference (p < 0.05) was observed in all groups after 6 weeks in relation to the volume of newly formed bone in the surgical area. In conclusion, the new heterologous fibrin sealant was found to be biocompatible and the combination with rhBMP-2 showed the highest osteogenic and osteoconductive capacity for bone healing. These findings suggest a promising application of this combination in the regeneration surgery.

Mesenchymal stem cells engrafted in a fibrin scaffold stimulate Schwann cell reactivity and axonal regeneration following sciatic nerve tubulization

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

In vitro and in vivo biological behavior of CDHA/OCP/β-TCP scaffold

The biological behavior of a new bioactive material composed of calcium-deficient hydroxyapatite, octacalcium phosphate, and beta-tricalcium phosphate was investigated by in vitro indirect and direct cytotoxicity, cell adhesion and proliferation tests, and by in vivo subcutaneous and bone implantation in rats. The results of the in vitro studies showed that the material is biocompatible and no cytotoxic. Slightly poorer initial cell adhesion and lower cell proliferation than in control was observed, which were attributed to the reactivity and roughness of the material surface, In vivo results showed that the material is biodegradable and bioactive in bone tissue, but only biocompatible and partially biodegradable in soft tissue.

A new heterologous fibrin sealant as a scaffold to cartilage repair - experimental study and preliminary results

Autologous fibrin gel is commonly used as a scaffold for filling defects in articular cartilage. This biomaterial can also be used as a sealant to control small hemorrhages and is especially helpful in situations where tissue reparation capacity is limited. In particular, fibrin can act as a scaffold for various cell types because it can accommodate cell migration, differentiation, and proliferation. Despite knowledge of the advantages of this biomaterial and mastery of the techniques required for its application, the durability of several types of sealant at the site of injury remains questionable. Due to the importance of such data for evaluating the quality and efficiency of fibrin gel formulations on its use as a scaffold, this study sought to analyze the heterologous fibrin sealant developed from the venom of Crotalus durissus terrificus using studies in ovine experimental models. The fibrin gel developed from the venom of this snake was shown to act as a safe, stable, and durable scaffold for up to seven days, without causing adverse side effects. Fibrin gel produced from the venom of the Crotalus durissus terrificus snake possesses many clinical and surgical uses. It presents the potential to be used as a biomaterial to help repair skin lesions or control bleeding, and it may also be used as a scaffold when applied together with various cell types. The intralesional use of the fibrin gel from the venom of this snake may improve surgical and clinical treatments in addition to being inexpensive and adequately consistent, durable, and stable. The new heterologous fibrin sealant is a scaffold candidate to cartilage repair in this study.

Preparation and characterization of a bacterial cellulose/silk fibroin sponge scaffold for tissue regeneration

Bacterial cellulose (BC) and silk fibroin (SF) are natural biopolymers successfully applied in tissue engineering and biomedical fields. In this work nanocomposites based on BC and SF were prepared and characterized by scanning electron microscopy (SEM), infrared spectroscopy (FT-IR), X-ray diffraction (XRD) and thermogravimetric analysis (TGA). In addition, the investigation of cytocompatibility was done by MTT, XTT and Trypan Blue dye technique. Cellular adhesion and proliferation were detected additionally. The evaluation of genotoxicity was realized by micronucleus assay. In vitro tests showed that the material is non-cytotoxic or genotoxic. SEM images revealed a greater number of cells attached at the BC/SF:50% scaffold surface than the pure BC one, suggesting that the presence of fibroin improved cell attachment. This could be related to the SF amino acid sequence that acts as cell receptors facilitating cell adhesion and growth. Consequently, BC/SF:50% scaffolds configured an excellent option in bioengineering depicting its potential for tissue regeneration and cultivation of cells on nanocomposites.

Scaffold nanoestruturado utilizando-se celulose bacteriana/fosfatos de cálcio para regeneração óssea

Pós-graduação em Biotecnologia - IQ

Mutagênese sítio-dirigida da ORF XAC0024 de Xanthomonas citri subsp. citri e suas implicações no desenvolvimento do cancro cítrico

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Costruzione di uno scaffold vascolarizzato per la chirurgia ortopedica

Specific aims The aim is to improve the treatment of the bone losses at the metacarpal bones level (both diaphysis and epiphysis) combining microsurgery, tissue engineering and biomaterials, so to minimize the donor side morbidity and optimize healing and outcomes. Methods Pre-operative controlateral X-ray or 3-D CT to allow custom-made HA scaffolds. Cement as temporary spacer in acute lesion and monitoring of infective risks. Treatment of the bone loss recurring to pre-fabricated or custom-made HA scaffolds, adding platelet gel or growth factor OP1. Stable synthesis. Control group with auto/omografts. Outcome indices: % of bone-union; finger TAM, Kapandji, DASH score; NMR and Scintigraphy at 180 days for revascularisation and bio-substitution of the scaffold. Preliminary results The authors just treated 6 patients, 4 males and 2 females, with an average age of 38.5 yrs, affected by segmental bone losses at the hand and wrist, recurring to pre-fabricated not vascularised scaffolds. In all cases the synthesis was performed with angular stability plates and a stable synthesis achieved. All patients have been controlled at a mean follow-up of 10.5 months (from 2 to 16 ). In all case but one the bone-scaffold osteo-integration was achieved at an average of 38 days at the hand, and 46 days at the wrist. The outcome studies, according to the DASH score, finger TAM, and Kapandji, were good and excellent in 5 cases, poor in one.

Sensori chimici basati su molecole e nanoparticelle

Con questo lavoro di tesi si è cercato da un lato di dare un contributo al settore dei sensori chimici, caratterizzando e sviluppando diversi sistemi che presentano promettenti proprietà per l’utilizzo nella realizzazione di sensori luminescenti, e dall’altro di studiare sistemi di nanoparticelle di oro per identificarne e caratterizzarne i processi che portano all’interazione con un’unità fluorescente di riferimento, il pirene. Quest’ultima parte della tesi, sviluppata nel capitolo 4, sebbene possa apparire “slegata” dall’ambito della sensoristica, in realtà non lo è in quanto il lavoro di ricerca svolto rappresenta una buona base di partenza per lo sviluppo di sistemi di nanoparticelle metalliche con un possibile impiego in campo biomedico e diagnostico. Tutte le specie studiate, seppur molto diverse tra loro, posseggono quindi buone caratteristiche di luminescenza ed interessanti capacità di riconoscimento, più o meno selettivo, di specie in soluzione o allo stato gassoso. L’approccio generale che è stato adottato comporta una iniziale caratterizzazione in soluzione ed una susseguente ottimizzazione del sistema mirata a passare al fissaggio su supporti solidi in vista di possibili applicazioni pratiche. A tal proposito, nel capitolo 3 è stato possibile ottenere un monostrato organico costituito da un recettore (un cavitando), dotato di una parte fluorescente le cui proprietà di luminescenza sono sensibili alla presenza di una funzione chimica che caratterizza una classe di analiti, gli alcoli. E’ interessante sottolineare come lo stesso sistema in soluzione si comporti in maniera sostanzialmente differente, mostrando una capacità di segnalare l’analita molto meno efficiente, anche in funzione di una diversa orientazione della parte fluorescente. All’interfaccia solido-gas invece, l’orientamento del fluoroforo gioca un ruolo chiave nel processo di riconoscimento, e ottimizzando ulteriormente il setup sperimentale e la composizione dello strato, sarà possibile arrivare a segnalare quantità di analita sempre più basse. Nel capitolo 5 invece, è stato preso in esame un sistema le cui potenzialità, per un utilizzo come sonda fluorescente nel campo delle superfici di silicio, sembra promettere molto bene. A tal proposito sono stati discussi anche i risultati del lavoro che ha fornito l’idea per la concezione di questo sistema che, a breve, verrà implementato a sua volta su superficie solida. In conclusione, le ricerche descritte in questa tesi hanno quindi contribuito allo sviluppo di nuovi chemosensori, cercando di migliorare sia le proprietà fotofisiche dell’unità attiva, sia quelle dell’unità recettrice, sia, infine, l’efficienza del processo di traduzione del segnale. I risultati ottenuti hanno inoltre permesso di realizzare alcuni prototipi di dispositivi sensoriali aventi caratteristiche molto promettenti e di ottenere informazioni utili per la progettazione di nuovi dispositivi (ora in fase di sviluppo nei laboratori di ricerca) sempre più efficienti, rispondendo in tal modo alle aspettative con cui questo lavoro di dottorato era stato intrapreso.

Selezione e processazione di cellule Natural Killer da donatore aploidentico "KIR-ligand" incompatibile per l'immunoterapia adottiva di pazienti con Leucemia Acuta Mieloblastica ad alto rischio

The effector function of natural killer (NK) cells is regulated by activating and inhibitory receptors, termed killer immunoglobulin-like receptors (KIRs). In haploidentical T-cell depleted transplantation the donor/recipient KIR mismatch significantly impacts on NK-mediated tumor cell killing, particularly in acute myeloid leukaemia (AML). Thirty-four high risk AML patients entered a phase I-II study of adoptive NK-cell based immunotherapy and were screened for the availability of one haploidentical KIR ligand mismatched donor. Thirteen of them resulted as having one suitable donor. NK cells were enriched from steady-state leukaphereses by using a double-step immunomagnetic separation system, consisting in depletion of CD3+ T cells followed by positive selection of CD56+ NK cells. CD56+ cells were enriched from 7,70% (1,26-11,70) to 93,50% (66,41-99,20) (median recovery 53,05% (30,97-72,85), median T-depletion 3,03 log (2,15-4,52) viability >92%) and their citotoxic activity was inalterate. All patients (4 progressions, 1 partial remission and 8 complete remissions) received NK cell infusion which was preceeded by immunosuppressive chemotherapy (fludarabine and cyclophosphamide) and followed by interleukin 2 injections. The median number of reinfused NK cells was 2,74x10(e)6/kg(1,11-5,00) and contamining CD3+ T cells were always less than 1x10(e)5/kg. The procedure was well-tolerated and no significant toxicity, including GvHD, related to NK cell infusion was observed. The donor NK cells were demonstrated in 5/10 patients. Among the 8 patients in complete remission 5 patients are stable after 18, 15, 4, 2 months of follow-up. Three other patients relapsed after 2 and 7 months. The patient in partial remission obtained a complete remission, which lasted for 6 months. The 4 patients with active/progressive disease showed the persistence of disease. This clinical observation may be correlated with in vitro studies, indicating that AML cells are capable to induce NK cell apoptosis in a dose-depend manner. In summery, a two-step enrichment of CD56+ NK cells allows the collection of a suitable number of target cells to be used as adoptive immunotherapy in AML patients. Infusion of NK cells is feasible and safe and adoptively transferred NK cells can be detected after infusion.

One-step elettrosintesi: un metodo alternativo per sintetizzare nanoparticelle di Pt

La maggiore richiesta energetica di questi anni, associata alla diminuzione delle riserve di combustibile fossile e ai problemi di inquinamento ambientale hanno spinto il settore scientifico verso la ricerca di nuovi dispositivi che presentino elevata efficienza e quantità di emissioni ridotta. Tra questi, le celle a combustibile (fuel cells) alimentate con idrogeno o molecole organiche come etanolo, acido formico e metanolo, hanno particolare rilevanza anche se attualmente risultano particolarmente costose. Una delle principali sfide di questi ultimi anni è ridurne i costi e aumentarne l'efficienza di conversione in energia. Per questo scopo molti sforzi vengono condotti verso l'ottimizzazione dei catalizzatori a base di Pt spostando l’attenzione verso sistemi nanostrutturati ad elevata attività catalitica e buona stabilità. Durante questo lavoro di tesi si è affrontato lo studio relativo alla preparazione di elettrodi modificati con PtNPs ottenute per elettrodeposizione, un metodo semplice ed efficace per poterne controllare i parametri di deposizione e crescita e per ottenere direttamente le nanoparticelle sulla superficie dell’elettrodo. Come materiale elettroattivo si è utilizzato un foglio di grafite, denominato (Pure Graphite Sheet = PGS). Tale superficie elettrodica, meno costosa e più conduttiva rispetto all’ITO, si presenta sotto forma di fogli flessibili resistenti ad alte temperature e ad ambienti corrosivi e quindi risulta conveniente qualora si pensi ad un suo utilizzo su scala industriale. In particolare è stato studiato come la variazione di alcuni parametri sperimentali quali: i) il tempo di elettrodeposizione e ii) la presenza di stabilizzanti tipo: KI, acido dodecil benzene sulfonico (DBSA), poli vinil pirrolidone (PVP) o poliossietilene ottilfenil etere (Triton-X100) e iii) la concentrazione degli stessi stabilizzanti, potessero influire sulle dimensioni ed eventualmente sulla morfologia delle PtNPs. in fase di elettrodeposizione. L’elettrosintesi è stata effettuata per via cronoamperometria. I film di PtNPs sono stati caratterizzati utilizzando tecniche di superficie quali microscopia a scansione elettronica (SEM) e Voltammetria Ciclica (CV). Al fine di valutare le capacità elettrocatalitiche delle diverse PtNPs ottenute si è studiata la reazione di ossidazione del metanolo in ambiente acido.