Development of recombinant protein-based materials with ability to bind to cells and to the extracellular matrix

Abstract

Tissue engineering is a growing area that primarily targets the creation of functional constructs for tissue repair, using what is known as the triad of tissue engineering: scaffold, cells and signaling molecules. Silk-elastin-like proteins (SELPs) have been gaining interest to be used as scaffolds due to its remarkable properties of biocompatibility, biodegradability and mechanical properties. These genetically engineered biopolymers are composed of tandem repeats of alternated silk- and elastin-like amino acid blocks, combining in the same molecule the tensile strength of silk fibroin with the resilience and water solubility of elastin. In this work, SELP-59-A was genetically engineered to incorporate cell-binding motifs for the formulation of materials with improved cell adhesion ability. Two cell-binding motifs were chosen for the functionalization of SELP-59-A: RGD and C3. The functionalized polymers were used for the production of films by mixing non-functionalized SELP-59-A with different percentages of the functionalized variant. The ability of the films to promote cell adhesion was assessed by culturing cells of the mammalian cell lines HaCaT and SH-SY5Y, for 24 h, on the surface of the materials. The results indicate that adhesion of cells to the films is influenced by factors such as the cell line, adhesion sequence, and concentration of the cell-binding motif. HaCaT adhesion to C3-functionalized films increased with the concentration of cell-binding motif adhesion. On the other hand, the adhesion of HaCaT cells to SELP-59-A_cRGD films showed to increase with adhesion sequence concentration, reaching a maximum at a concentration of 50% of SELP-59-A_cRGD, and remaining stable at higher concentrations. Similarly to HaCaT cells, when incubated on SELP-59-A_nC3 films, the number of SH-SY5Y cells adhered to the films increased with the concentration of cell-binding motif. However, when incubated onto SELP-59-A_cC3 and SELP-59-A_cRGD films, no relation was found between the concentration of adhesion sequence and the number of SH SY5Y cells adhered to the films. As a whole, the results point to the potential of using SELP-59-A functionalized with cell-binding motifs as biomaterials with improved cell adhesion ability.

A engenharia de tecidos é uma área em crescimento que visa principalmente a criação de construções funcionais para a reparação de tecidos, utilizando aquilo que é conhecido como a tríade da engenharia de tecidos: scaffold, células e moléculas sinalizadoras. Os polímeros de seda e elastina (silk-elastin-like proteins, SELPs) têm despertado interesse para serem usados como scaffold devido às suas propriedades notáveis tais como a biocompatibilidade, biodegradabilidade e propriedades mecânicas. Estes polímeros geneticamente desenhados são compostos por repetições em tandem de blocos de aminoácidos semelhantes à seda e à elastina, combinando na mesma molécula a força tênsil da fibroína da seda com a resiliência e solubilidade em água da elastina. Neste trabalho, o SELP-59-A foi alterado geneticamente para incorporar motivos de adesão celular para a formulação de materiais com maior capacidade de adesão celular. Foram escolhidos dois motivos de adesão para funcionalizar o SELP-59- A: RGD e C3. Os polímeros funcionalizados foram utilizados para a produção de filmes misturando diferentes percentagens de SELP-59-A não funcionalizado com a sua variante funcionalizada. A capacidade dos filmes para promover a adesão celular foi avaliada cultivando células das linhas celulares de mamífero HaCaT e SH-SY5Y, durante 24 h, na superfície dos materiais. Os resultados indicam que a adesão das células aos filmes é influenciada por fatores como a linha celular, a sequência de adesão, e a concentração de motivo de adesão celular. A adesão das HaCaT aos filmes funcionalizados com C3 aumentou com a concentração de motivo de adesão. Por outro lado, a adesão das células HaCaT aos filmes SELP-59-A_cRGD aumentou com a concentração de sequência de adesão, atingindo o valor máximo com a concentração de 50% de SELP-59-A_cRGD, e permanecendo estável em concentrações superiores. Analogamente às células HaCaT, quando incubadas em filmes SELP-59-A_nC3, o número de células SH-SY5Y aderidas aos filmes aumenta com a concentração de motivo de adesão. No entanto, quando incubadas em filmes SELP-59-A_cC3 e SELP-59-A_cRGD, não foi encontrada uma relação entre a concentração de sequência de adesão e o número de células SH-SY5Y aderidas aos filmes. De modo geral, os resultados apontam para o potencial da utilização de SELP-59-A funcionalizado com motivos de adesão celular como biomaterial com maior capacidade de adesão celular.