3D bioprinting and photoactivated nanoemulsions in bioengineering : applications in diabetes and oncology

Abstract

Esta dissertação apresenta duas abordagens complementares em bioengenharia voltadas para o avanço de estratégias em ciência translacional aplicadas a patologias complexas que compartilham características críticas de respostas imunes desreguladas e inflamação persistente: o adenocarcinoma ductal pancreático (PDAC) e as úlceras do pé diabético (UPD). O PDAC continua sendo um dos cânceres mais letais globalmente, com eficácia limitada dos tratamentos, enquanto as UPDs estão entre as complicações mais debilitantes do diabetes, frequentemente levando a amputações e altos custos para os sistemas de saúde. Para atender à necessidade de modelos mais preditivos e tratamentos eficazes, desenvolvemos (i) um modelo tricelular de PDAC bioimpresso em 3D, reprodutível, e (ii) nanoemulsões fotoativadas contendo curcumina e óleo de urucum para terapia de feridas. O modelo de PDAC incorporou uma tricultura composta por células epiteliais humanas de câncer pancreático (PANC-1), fibroblastos (MeWo) e macrófagos (THP-1) diferenciados com Forbol 12-miristato 13- acetato (PMA) em uma biotinta à base de gelatina e alginato, utilizando bioimpressão 3D por extrusão. A viabilidade celular foi avaliada ao longo de cinco dias por coloração de células vivas/mortas, microscopia confocal e análise quantitativa de imagens utilizando o software ImageJ. O construto apresentou agregação celular e viabilidade sustentada, sendo um candidato promissor para futura integração em sistemas dinâmicos como plataformas organ-on-a-chip (OOC). Além disso, nanoemulsões contendo óleo de urucum, óleo de girassol, cremophor® RH 40 e curcumina foram testadas em macrófagos murinos da linhagem RAW 264.7. A citotoxicidade foi avaliada por meio do ensaio colorimétrico (MTT), os níveis de óxido nítrico foram quantificados pelo ensaio de Griess e a quantificação de Interleucina 10 (IL-10) e fator de necrose tumoral alfa (TNF-α) foi realizada por meio de Ensaio de Imunoabsorção Enzimática Ligado a uma Enzima (ELISA). Após irradiação com diodo emissor de luz (LED) azul, várias formulações — especialmente aquelas combinando curcumina ou óleo de urucum — modularam significativamente mediadores da inflamação TNF- α, IL-10 e óxido de nítrico. Observou-se um aumento da liberação de IL-10 e redução na produção de TNF-α e de óxido nítrico, demonstrando que a terapia adotada tem um importante papel na redução da inflamação. Em conjunto, esses achados ressaltam o potencial de modelos celulares integrados e de nanomateriais fotoresponsivos para o avanço de plataformas terapêuticas personalizadas e melhoria na avaliação pré-clínica de doenças complexas.