Biovidro mesoporoso revestido com extrato de cranberry para regeneração tecidual óssea: análise microbiana e osteogênica in vitro

Abstract

Este estudo teve como objetivo sintetizar um Biovidro Mesoporoso 58S revestido com extrato seco de Cranberry (MBG-58S/CB) e avaliar seus efeitos na formação de biofilme e na diferenciação osteogênica in vitro. Os arcabouços de MBG-58S foram sintetizados pelo método sol-gel, seguido por uma solução hidroalcóolica de revestimento de extrato de Cranberry (MBG-58S/CB). Os arcabouços foram submetidos à caracterização físico-química por microscopia eletrônica de varredura e espectroscopia de energia dispersiva de raios X. A liberação do extrato seco de Cranberry a partir dos arcabouços foi avaliada até 35 dias. A influência dos arcabouços MBG-58S, MBG-58S/CB, Nanosynt® e Bio-Oss® na formação de biofilmes mono e multiespécies foi determinada. A viabilidade celular e a diferenciação osteogênica foram avaliadas nos seguintes grupos: MBG-58S, MBG-58S/CB e Bio-Oss® utilizando células mesenquimais derivadas da polpa de dentes decíduos humanos (SHED). Os ensaios osteogênicos envolveram a avaliação da atividade da fosfatase alcalina (ALP) e da mineralização da matriz extracelular por meio da coloração de vermelho de Alizarina. O arcabouço MBG-58S/CB apresentou uma estrutura porosa, permitindo a liberação sustentada do extrato de Cranberry por até 35 dias. O arcabouço Bio-Oss® promoveu maior quantidade de biofilme de Streptococcus oralis (p<0,001) após 24h de cultura, enquanto o MBG-58S/CB promoveu a menor quantidade de bactérias no biofilme multiespécies no dia 8. O arcabouço MBG-58S/CB promoveu a maior viabilidade celular no dia 7 e exibiu maior atividade de ALP em comparação ao Bio-Oss®. Por outro lado, o Bio-Oss® promoveu a maior mineralização da matriz extracelular no dia 15. Em conclusão, o revestimento com extrato de Cranberry em arcabouços de Biovidro Mesoporoso preveniu a formação de biofilme multiespécies, aumentou a biocompatibilidade do Biovidro Mesoporoso 58S e estimulou a expressão da ALP, marcador precoce de osteogênese. No entanto, essa capacidade osteogênica não foi observada para a mineralização da matriz extracelular. Estudos futuros são necessários para explorar o potencial do Cranberry na biofuncionalização de biomateriais. Esta nova abordagem destaca o potencial da aplicação do extrato de Cranberry para potencializar a regeneração do tecido ósseo, aprimorando assim a bioatividade dos substitutos ósseos.

Abstract: This study aimed to synthesize a Cranberry-coated Mesoporous Bioactive Glass 58S (MBG- 58S/CB) and evaluate its effects on biofilm formation and osteogenic differentiation in vitro. MBG-58S scaffolds were synthesized using the sol-gel method, followed by a hydroalcoholic solution of Cranberry extract coating (MBG-58S/CB). The scaffolds underwent physicochemical characterization using scanning electron microscopy and energy-dispersive X-ray spectroscopy. Cranberry release kinetics were assessed. The interference of MBG-58S, MBG-58S/CB, Nanosynt®, and Bio-Oss® on mono- and multi-species biofilm formation was determined. Cellular viability and osteogenic differentiation were evaluated using human- derived mesenchymal stromal cells (SHED) and the following groups: MBG-58S, MBG- 58S/CB, and Bio-Oss®. Osteogenic assays involved the assessment of alkaline phosphatase (ALP) activity and extracellular matrix mineralization. The MBG-58S/CB scaffold exhibited a porous structure, allowing for the sustained release of Cranberry extract over 35 days. Bio- Oss® presented the highest amount of Streptococcus oralis biofilm (p<0.001) after 24h of culture, while MBG-58S/CB promoted the lowest number of bacteria in the multi-species biofilm on day 8. The MBG-58S/CB scaffold promoted the highest cellular viability on day 7 and exhibited higher ALP activity compared to Bio-Oss®. Conversely, Bio-Oss® promoted the highest extracellular matrix mineralization on day 15. Cranberry coating on Mesoporous Bioactive Glass scaffolds prevented the muti-species biofilm formation, enhanced the Mesoporous Bioactive Glass biocompatibility, and stimulated the early osteogenic marker (ALP). Nevertheless, this osteogenic capacity was not observed for extracellular matrix mineralization. Future studies are warranted to explore the potential of Cranberry for biomaterial biofunctionalization. This novel approach highlights the potential application of Cranberry extract for improved outcomes in bone tissue regeneration, thereby enhancing the bioactive performance of the bone substitutes.