Wrinkled surfaces: serão as rugas a melhor superfície?

Abstract

As superfícies rugosas surgiram como uma forma de alterar a superfície dos biomateriais e de aproximá-los mais do que é a verdadeira mimetização do ambiente biológico das células. Esta topografia aliada a uma química favorável à célula faz com que a probabilidade de sucesso do biomaterial seja maior. Neste contexto surgiu o tema desta dissertação que teve como principal objetivo desenvolver superfícies com diferentes topografias e estudar a sua influência no comportamento celular. A pulverização catódica r.f. magnetrão, foi a técnica utilizada para depositar filmes finos de carbono e poliamida 6,6 sobre PDMS e silício e consequentemente desenvolver topografias diferentes. Através da utilização do poli(dimetil siloxano) (PDMS) como substrato foi possível desenvolver superfícies com rugas a uma escala nanométrica e micrométrica, com um comprimento de onda entre 10 e 16 μm. Com a utilização do silício, a topografia formada foi apenas à escala nanométrica. O objetivo, ao desenvolver superfícies quimicamente iguais, mas com topografias diferentes, era a possibilidade de poder inferir sobre qual das características tem maior influência no comportamento da célula. As superfícies foram caracterizadas e posteriormente testadas in vitro como suporte para cultura de células do córtex de embrião de rato. Após 14 dias de contacto não se observou adesão celular nas superfícies com microrrugidade uma vez que os comprimentos de onda testados eram inferiores ao tamanho do corpo celular dos neurónios. Nas superfícies com nanorrugosidade ocorreu adesão celular e esta foi mais favorável nos filmes finos de carbono uma vez que estes apresentavam um potencial zeta menos negativo.Uma vez que o impedimento principal para a adesão das células à superfície com microrrugosidade foi o tamanho do corpo celular dos neurónios, não foi possível avaliar a orientação dos axónios. Com esse objetivo, a superfície com microrrugosidade foi colocada em contacto com uma rede neuronal já desenvolvida e ao fim de 14 dias observou-se que alguns axónios migraram para a superfície e continuaram a formar a rede neuronal. Este resultado vem mostrar que a superfície com microrrugosidade, apesar de não permitir a adesão inicial das células, apresenta uma química e uma topografia favorável para a posterior adesão de axónios. Com este trabalho deram-se os primeiros passos para a otimização de tubos guia que permitam a regeneração de axónios danificados do sistema nervoso periférico.

Wrinkled surfaces have emerged as a way of modifying the surface of biomaterials and bringing them closer to the mimicking of the biological environment of cells. This topography, combined with a cell-friendly chemistry, makes the biomaterial's probability of success higher. It is in this context that the current dissertation was developed and its main objective was to produce wrinkled surfaces with different topographies and evaluate its influence on cell behavior.Sputtering r.f. magnetron was the technique used for the deposition of carbon and polyamide 6,6 thin films on polydimethylsiloxane (PDMS) and silicon surfaces and consequently develop different topographies. Though the use of PDMS as substrate, it was possible to develop surfaces with wrinkles at the nano- and micrometric scale, with a wavelength between 10 and 16 μm. With the use of silicon as substrate, the topography presented roughness only at the nanometric scale. The goal, by developing surfaces with the same chemistry but with different topographies, was to evaluate which of these two characteristic had the greatest influence on the cell behavior. The surfaces were characterized and then they were tested in vitro as support for rat embryo cortex cells. After 14 days of contact, no cell adhesion was observed on surfaces with microroughness, since their wavelength was smaller than the body size of the neurons. On the surfaces with nanoroughness, cell adhesion occurred and it was more favorable in the carbon thin films because the zeta potential on its surfaces was less negative. Since the main hindrance for cell adhesion to microroughness surfaces was the size of neurons’ cell body, it was not possible to evaluate the orientation of the axons through the topography. With this purpose, the wrinkled surface was placed in contact with an already developed neural network and, after 14 days of contact, it was observed that some axons migrate to the surface and continued to develop a neural network. This result shows that the surface with wrinkles at micrometric scale does not allow the initial cell adhesion, but presents a favorable chemistry and topography for the subsequent adhesion and growth of the neural network. With this work, the first steps were taken to optimize guide tubes for the regeneration of damaged axons of the peripheral nervous system.