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https://hdl.handle.net/1822/55976
Título: | Advanced technological approaches for 3-D hierarchical living tissues |
Autor(es): | Canadas, Raphaël Faustino |
Orientador(es): | Oliveira, Joaquim Miguel Antunes de Marques, Alexandra Margarida Pinto |
Palavras-chave: | Hierarchical structures cell co-cultures bioreactors interfaces gradients Estruturas hierárquicas co-culturas celulares biorreatores interfaces gradientes |
Data: | 15-Mai-2018 |
Resumo(s): | In nature, isotropic and anisotropic hierarchical patterns characterize living tissues, in which cells
assemble in multiple interacting three-dimensional (3-D) arrangements that associate both structure and
function to compose complex organisms. Nowadays, in vitro generated biological models have been
translated from two-dimensions (2-D) to 3-D, resulting in significantly improved biomimetic features of
human native tissues. However, the area of cell culture systems has not evolved at the same rate as the
state of the art of tissue engineering.
In the work described in this doctoral thesis, 3-D gradients, the control over porosity architecture, and the
development of cell culture devices for 3-D sophisticated engineered tissues were targeted to achieve the
development of advanced solutions either to fabricate hierarchical 3-D tissues matured in vitro, or to
create cell culture systems adapted to the development of such biomimetic tissues. So, 3-D biocompatible
structures were fabricated based on gradients of microparticles and applied in vivo for osteochondral
defects regeneration. Furthermore, the porosity orientation of 3-D structures was controlled into
anisotropic and isotropic architectures for the regeneration and mimicry of soft-hard interfaced tissues,
such as the osteochondral unit, and to reproduce relevant patterned features of other tissues, such as
the linearity of neocortex. Additionally, a bioreactor and a rotational platform were developed to enable a
better spatial control over cell adhesion and to induce stem cell co-differentiation through gradient of
growth factors in a single construct. This allows the creation of specific phenotypic profiles with controlled
location within a single construct. Therefore, stem cell co-differentiations and co-cultures of different cell
types in single constructs were used to study the expression of both osteogenic and chondrogenic
phenotypes as well as the pre-vascularization of one part of the structure.
In a summary, the developed work has a direct impact in the cell culture of hierarchical 3-D tissues in
vitro and in the development of interfaced tissue-like constructs, with potential interest for the drug
development, as well as for regenerative medicine. Na natureza, os tecidos vivos são compostos por padrões hierárquicos e isotrópicos/anisotrópicos, nos quais as células se organizam em múltiplas disposições tri-dimensionais (3-D) que definem a sua função. Atualmente, a recriação de sistemas biológicos in vitro evoluiu de sistemas bidirecionais (2-D) para 3-D, o que resultou em melhorias significativas na reprodução das características nativas dos tecidos humanos. Contudo, a evolução dos sistemas de cultura celular não tem acontecido ao ritmo do estado da arte da engenharia de tecidos. No trabalho de doutoramento aqui descrito, gradientes 3-D, o controlo sobre a arquitectura da porosidade e o desenvolvimento de sistemas de cultura para a egenharia de tecidos 3-D sofisticados, foram focados de forma a serem desenvolvidas soluções avançadas quer para a fabricação de tecidos 3-D hierárquicos in vitro, quer para se criarem sistemas de cultura celular adaptados ao desenvolvimento desses tecidos. Para isso, foram fabricadas estruturas 3-D biocompatíveis com base em gradientes de micropartículas, e aplicadas para a regeneração de defeitos osteocondrais. Para além disto, a orientação da porosidade em estruturas 3-D foi controlada para formar arquiteturas anisotrópicas ou isotrópicas capazes de mimetizar e regenerar tecidos em interfaces, transitando de “rígida-para-suave”, como a unidade osteocondral, assim como para reproduzir padrões de outros tecidos, como a linearidade do córtex cerebral. Adicionalmente, foram desenvolvidos um biorreator e uma plataforma rotacional para melhorar o controlo espacial da adesão celular, e a co-diferenciação de células estaminais numa única estrutura usando gradientes de fatores de crescimento, possibilitando a criação de estruturas únicas com fenótipos específicos em diferentes locais. Co-diferenciação de células estaminais ou co-culturas de diferentes tipos de células numa mesma estrutura foram então utilizadas para estudar a expressão de dois fenótipos, osteogénico e condrogénico, e, ainda, a indução do processo de prevascularização localizado numa região específica dessa estrutura. Sumarizando, o trabalho desenvolvido tem impacto direto na cultura in vitro de células em estruturas hierárquicas 3-D, e no desenvolvimento de interfaces de tecidos, com potencial interesse para as áreas de desenvolvimento e rastreio de fármacos, bem como para a medicina regenerativa. |
Tipo: | Tese de doutoramento |
Descrição: | Tese de Doutoramento em Engenharia de Tecidos, Medicina Regenerativa e Células Estaminais |
URI: | https://hdl.handle.net/1822/55976 |
Acesso: | Acesso aberto |
Aparece nas coleções: | DEP - Teses de Doutoramento |
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