A cartilagem hialina é caracterizada por uma arquitetura complexa, anisotrópica e organizada em zonas, com propriedades viscoelásticas excepcionais, o que torna sua replicação estrutural um desafio significativo na ciência dos biomateriais. As abordagens tradicionais de engenharia de tecidos frequentemente não conseguem recriar o microambiente hipóxico in situ nem os gradientes mecânicos específicos do tecido nativo. Esta tese apresenta uma estratégia de bioengenharia multitecnológica que integra mantas de fibras ultrafinas eletrofiadas com capacidade de liberação de oxigênio, uma biotinta com reologia otimizada e criobioimpressão 3D.
As mantas fibrosas ultrafinas foram fabricadas utilizando álcool polivinílico (PVA) hidrofílico, incorporando 3% (p/p) de nanopartículas de peróxido de cálcio (CPO) por meio de eletrofiação, para produzir compósitos PVA/CPO. Os parâmetros de processamento e reticulação foram otimizados para obter matrizes estruturalmente estáveis, com deformação mínima. Essas mantas apresentaram alta porosidade, superior a 85%, e uma distribuição de diâmetros de fibras otimizada para a infiltração celular, sem comprometer a integridade mecânica. A caracterização química e física confirmou que a incorporação de CPO aumentou a hidrofilicidade superficial sem acelerar a taxa de degradação em condições fisiológicas.
Adicionalmente, foi formulada uma biotinta especializada (GelMAD), baseada em gelatina metacrilada (GelMA), suplementada com DMEM/F12, soro fetal bovino (FBS) e antibióticos. A caracterização reológica demonstrou aumento significativo da viscosidade a 25 °C em comparação com formulações padrão, o que melhorou a fidelidade geométrica dos constructs impressos. Durante o processo de criobioimpressão, a biotinta GelMAD apresentou excelente imprimibilidade e estabilização estrutural durante a extrusão em baixa temperatura, possibilitando a preservação da arquitetura em camadas sem a necessidade de materiais como suportes ou crioprotetores químicos.
Quatro estruturas multizonais foram desenvolvidos: Estrutura 1 (duas camadas de GelMAD com uma manta de PVA intercalada), Estrutura 2 (uma camada de GelMAD entre duas mantas externas de PVA), Estrutura 3 (duas camadas de GelMAD intercaladas com três mantas de PVA) e Estrutura 4 (semelhante ao Estrutura 3, mas incorporando uma manta central de PVA/CPO). As análises por Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) e os ensaios mecânicos identificaram as estruturas 3 e 4 como os candidatos mais promissores. A incorporação de três mantas de PVA intercaladas aumentou a elasticidade e a tenacidade do construct, enquanto a manta central de PVA/CPO na estrutura 4 elevou a resistência à compressão e forneceu um sistema sustentado de modulação de oxigênio.
Os ensaios biológicos confirmaram que as condições ambientais proporcionadas pelas nanopartículas de CPO sustentaram a proliferação celular durante a fase inicial de adaptação. Notavelmente, alta viabilidade celular (>80%) foi mantida após 48 horas nas estruturas híbridos. Em conclusão, a sinergia entre eletrofiação, nanopartículas liberadoras de oxigênio e criobioimpressão representa uma estratégia robusta de bioengenharia para a fabricação de constructs biomiméticos de cartilagem com propriedades mecânicas ajustáveis e microambientes controlados, mimetizando a complexidade funcional do tecido nativo.
