Luiz Henrique Catalani.

The goal of this one year project will be to demonstrate the viability of unsaturated polyesters from isosorbide as a material for resobable medical devices developed by high resolution 3D printing. Viability studies include achieving 3 goals: (1) synthesis of sufficient quantities of low molecular weight but highly crosslinkable isosorbide polyesters for 3D printing testes. (2) demonstration of low viscosity either in native material or mixed with a biocompatible solvent. (3) Photocrosslinking of relatively low molecular weight, low viscosity isosorbide unsaturated polyesters. (FAPESP - OHIO STATE

The Laboratory of Polymeric Biomaterials (LBP) has in recent years developed various polymeric materials for applications in biomedical engineering, aiming at the development of scaffolds for cell growth from novel, biodegradable and bioresorbable polymeric systems. Our aim is to create conditions for the control of fundamental properties of the scaffolds that will allow us to create engineered tissues. Thus, we propose the synthesis and study of a new class of biodegradable polymers for use in biomedicine from a family of polyesters and polyanhydrides derived from dehydroalditols. As a basic processing technique, we will use electrospinning, which generates porous meshes exceptionally suitable for production of thin scaffolds. The processes of cell adhesion and proliferation on the electrospun scaffolds will be tested in vitro using a number of basic cell types. As target tissues, we propose the production of grafts models for the reconstitution of bone defects and treatment of periodontitis, grafts for the regeneration of perforated tympanic membranes, as well as the construction of neural tissue from mesenchymal stem cells. We also propose to study the association of inorganic and/or proteic additives in order to control biological processes such as cell adhesion and proliferation, differentiation, recruitment, stimulation of homeostasis, extracellular matrix (ECM) production, and tissue regeneration. (FAPESP - KING'S COLLEGE FUND)

Projeto Temático FAPESP - O Laboratório de Biomateriais Poliméricos, responsável pela execução deste projeto, tem desenvolvido, nos últimos anos, diversos materiais poliméricos para aplicações em engenharia biomédica. Este projeto tem como objetivo geral o desenvolvimento de suportes para crescimento celular a partir de sistemas poliméricos inéditos, biodegradáveis e bioabsorvíveis. Pretende-se com isso criar condições de controle de propriedades fundamentais do suporte para otimização do processo de geração de tecidos artificiais. Propomos, assim, a síntese e estudo de uma nova classe de polímeros biodegradáveis para uso em biomedicina a partir de uma família de poliésteres e polianidridos derivados de dehidroalditóis. Como técnica básica de processamento, utilizaremos a eletrofiação, técnica que gera malhas porosas, excepcionalmente adequadas para produção de suportes finos. Os processos de adesão e proliferação celular serão testados a partir de cultura de tipos celulares básicos. Como tecidos alvo de estudo, propomos a produção de modelos de enxertos na reconstrução de defeitos ósseos e no tratamento de periodontite, enxertos para regeneração de membranas timpânicas perfuradas, assim como a construção de tecido neural a partir de células tronco mesenquimais, tanto em estudos in vitro quanto in vivo. Propomos, também, o estudo da associação de aditivos inorgânicos e/ou protéicos de forma a conduzir a processos de interesse tais como a amplificação de adesão e proliferação celular, diferenciação, recrutamento, estímulo à homeostase, produção de matriz extracelular e qualquer outro processo destinado à regeneração tecidual.

Temos investido no desenvolvimento de tecnologias de produção de hidrogéis que sejam de baixo custo, de fácil acesso e que produzam géis atóxicos, destinados à produção de curativos e outras aplicações como biomateriais. Temos investido, também, em outras áreas de polímeros sintéticos com vistas a sua aplicação como biomateriais.
Como continuidade, pretendemos:
(i) desenvolver aplicações tais como: hidrogéis como dispositivos de liberação controlada de fármacos (alvos atuais: dispositivo intravaginal de liberação de indutor ao parto, dispositivo tópico moldável para tratamento de infecções da pele com antibacterianos ou antifúngicos de ação local e dispositivo subcultâneo para tratamento de reposição hormonal a base de polímeros biodegradáveis); curativos inteligentes com funções específicas e outros;
(ii) utilizar e desenvolver processos de produção de materiais poliméricos nano- e microestruturados que sejam de interesse na área de biomateriais. Para tanto, pretendemos utilizar a técnica de eletrofiação para produção de fibras de diâmetros submicrométricos e a produção de nanoesferas via oclusão em micelas e vesículas lipossomais; desenvolver hidrogéis em escala nanométrica;
(iii) avaliar do uso de outros materiais de características hidrofóbicas, de origem sintética ou não, funcionalização da superfície de poliésteres pela criação de sítios de ligação ativados para acoplamento de biomoléculas ou para biocompatilização; avaliação do potencial de aplicabilidade através da imobilização de enzimas modelo e controle de sua atividade; utilização de blendas e compositos com materiais de origem natural
(iv) avaliação da interação dos biomateriais produzidos com sangue, através da monitoração da ação de leucócitos, tais como: aderência e diferenciação celular, sinalização via produção de citocinas de escolha.

O presente projeto pretende dar continuidade à colaboração com o Prof. Michael Jaffe, líder do Medical Device Concept Laboratory (MDCL; ver http://www.mdcl-njit.org), do Biomedical Engineering Department do New Jersey Institute of Technology (NJIT). Este laboratório é, também, agregado de uma rede estadual de New Jersey, EUA, denominada New Jersey Center for Biomaterials (ver http://www.njbiomaterials.org). Esta rede agrega um grande número de laboratórios de centros de pesquisa do estado de New Jersey interessados na ciência de Biomateriais. Estes laboratórios são oriundos principalmente do NJIT, da Rutgers University, Princeton University e University of Medicine and Dentistry of New Jersey. Assim sendo, este projeto terá o suporte de especialistas de inúmeras áreas relacionadas a biomateriais.
	Nosso grupo tem investido no desenvolvimento de tecnologias de produção de biomateriais a partir de polímeros sintéticos destinados à produção de curativos, suporte para crescimento celular e outras aplicações como biomateriais. Como conseqüência destes estudos, duas patentes foram recentemente depositadas. Temos investido, também, em outras áreas de polímeros biodegradáveis derivados de fontes renováveis com vistas a sua aplicação como biomateriais. Além disso, o pesquisador principal deste projeto (LHC) adquiriu conhecimento especializado na técnica de eletrofiação e produção de poliésteres derivados de dehidroalditóis, entre 06/2004 e 07/2005 em período sabático no MDCL.

A resolução do processo inflamatório depende de um equilíbrio entre processos de ativação e desativação de células inflamatórias. A atividade destas células é regulada por citocinas, hormônios e lipídeos bioativos. Trabalhos do nosso grupo mostraram duas novas possibilidades para o controle da ativação de células inflamatórias: a ação catalítica de mieloperoxidase (MPO) sobre compostos endógenos, especialmente melatonina e a participação da proteína de fase aguda amilóide sérica A (SAA) na ativação de neutrófilos e monócitos. Neste projeto faz-se uma proposta de continuidade objetivando ampliar a compreensão do papel da proteína SAA e da oxidação da melatonina na inflamação e progressão de doenças, identificar novos moduladores e definir as inter-relações existentes entre o sistema NADPH de fagócitos e as enzimas mieloperoxidase e indolamina 2,3 dioxigenase na comunicação entre células do sistema imune.

Este projeto propõe o estudo de métodos alternativos, principalmente fotoquímicos, para a produção de hidrogéis. O poli(N-vinil-2-pirrolidona) deverá ser adotado como polímero base para a produção destes géis. Serão estudados os mecanismos moleculares envolvidos nos eventos de sua formação, suas características e propriedades mecânicas. Também faz parte deste projeto o desenvolvimento modificações estruturais de forma a eventualmente produzir materiais com propriedades diferenciadas para aplicações avançadas no campo de biomateriais.

O objetivo geral do projeto é a compra e instalação de um equipamento ultra-sensível para detecção de oxigênio singlete gerado por reações autoluminescentes ou por fotosensibilização. É composto por um YAG-laser e um laser de pigmentos como fonte de irradiação, além de três detectores sendo dois fotodiodos InGaAs (de alta e baixa impedância, para resolução temporal e quimiluminescência) e uma fotomultiplicadora sensível até 1700 nm.
Os objetivos específicos deste projeto são a síntese e utilização de substratos de reações enzimáticas que potencialmente produzam luz. A medida da intensidade de quimiluminescência, se correlacionada à atividade enzimática, poderá ser utilizada em ensaios para análise clínica. A formação de espécies eletronicamente excitadas, leva, invariavelmente a formação de oxigênio singlete, através de processos de supressão. Além disso, o ciclo da peroxidase de rabanete, enzima utilizada em todos os ensaios clínicos como marcador, gera todas as espécies ativas de oxigênio em maior ou menor quantidade. A interconversão destas espécies é conhecida e, assim, a produção de oxigênio singlete por HRP foi detectada em diversos sistemas. É extremamente importante conhecer estes caminhos de interconversão e sua relação com a reatividade encontrada nestes sistemas.

O presente projeto visa o desenvolvimento de nova metodologia analítica a ser utilizada principalmente por laboratórios de análises clínicas. Esta metodologia é inédita e seus direitos e previlégios de uso deverão ser garantidos em sua publicação. De uma maneira mais genérica, este projeto busca uma nova abordagem analítica que poderá substituir boa parte dos métodos que se utilizam de radioisótopos, que por serem de difícil obtenção, de manuseio de alta periculosidade e de descarte complexo torna seu uso dispendioso e desfavorável. Além disso, vários outros métodos de baixa sensibilidade poderão ser readaptados com alto ganho na exatidão e confiabilidade de seus resultados. Por outro lado, dado o seu alto grau de generalização, esta nova abordagem deverá render métodos de análise inétidos para certas biomoléculas.Também deveremos perseguir prioritariamente a obtenção de sondas quimiluminescentes como substitutos de radioisótopos em técnicas de biologia molecular (DNA recombinante). Estas técnicas tem grande importancia hoje em diagnóstico precoce de cancêr, de doenças hereditárias e desordens congênitas, na medicina forense (teste de paternidade, por exemplo) e muitos outros. Outra prioridade é o desenvolvimento de ensaios quimiluminescentes para a determinação de atividades de enzimas de interesse clinico, numa primeira fase lipases. Este método, totalmente novo, servirá como base primária no diagnóstico de pancreatite aguda, hoje feito indiretamente e ineficiente.

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