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Document type: Dissertação
Access type: Acesso Embargado
Embargo Date: 2028-07-17
Title: Desenvolvimento de modelo de derme humana bioimpressa em 3D: Estabelecimento de protocolo in vitro e perfil metabólico do uso de bioestimuladores de colágeno
Alternate title (s): Optimization of the crosslinking method for a gelatin-alginate bioink used in the 3D bioprinting of a dermis model: metabolomic profiling of collagen biostimulators
Author: Peres, Lucas Correia
First Advisor: Filice, Letícia de Souza Castro
First coorientator: Simbara, Márcia Mayumi Omi
First member of the Committee: Alonso-Goulart, Vivian
Second member of the Committee: Maia, Larissa Prado
Summary: Biotintas à base de gelatina e alginato para bioimpressão 3D são amplamente utilizadas devido às suas vantagens inerentes, como biocompatibilidade, biodegradabilidade e propriedades de adesão celular. Embora a incorporação de alginato mitigue os riscos que a instabilidade térmica impõe à fidelidade estrutural pós-bioimpressão, manter a integridade do hidrogel a longo prazo sob condições de cultura celular permanece um desafio crítico. Isso exige um equilíbrio preciso entre a reticulação eficaz e a preservação da viabilidade celular. Nosso objetivo foi aumentar a estabilidade in vitro de formulações de gelatina e alginato contendo fibroblastos, utilizando uma abordagem de reticulação dupla, estabelecendo assim um modelo simplificado de derme 3D para traçar o perfil das assinaturas metabolômicas de bioestimuladores de colágeno comuns. Para tanto, avaliaram-se a viabilidade e a adesão de fibroblastos (HFF-1) a fim de determinar um protocolo de reticulação ideal e biocompatível. Posteriormente, metabólitos foram extraídos tanto da estrutura bioimpressa em 3D quanto do seu sobrenadante. Como resultado, estabeleceu-se uma estratégia eficaz de reticulação dupla, consistindo em 15 minutos de exposição a cloreto de cálcio (CaCl2) 500 mM, seguidos por 15 minutos de 1-etil-3-(3-dimetilaminopropil)carbodiimida (EDC) 100 mM / N-hidroxissuccinimida (NHS) 20 mM. A estabilidade da estrutura e a viabilidade celular sustentada foram confirmadas, permitindo uma análise metabolômica precisa após 48 horas in vitro. Notavelmente, a hidroxiapatita de cálcio (CaHA) induziu uma reprogramação metabólica em direção a um estado regenerativo, enquanto o poli(ácido D,L-láctico) (PDLA) promoveu adaptações caracterizadas pela remodelação de esfingolipídios e pela alteração da comunicação entre a célula e o microambiente. Em suma, nosso modelo de derme com reticulação dupla demonstra estabilidade in vitro, oferecendo uma plataforma validada e eficaz para avaliar o impacto metabólico de biomateriais na engenharia de tecidos.
Abstract: Gelatin-alginate-based bioinks for 3D bioprinting are widely used due to their inherent advantages, such as biocompatibility, biodegradability, and cell-adhesion properties. While the alginate incorporation addresses the risks that thermal instability poses to post-bioprinting structural fidelity, sustaining long-term hydrogel integrity under cell culture conditions remains a critical challenge. This demands a precise balance between effective crosslinking and the preservation of cell viability. We aimed to enhance the stability of fibroblast-laden gelatin-alginate in vitro using a dual-crosslinking approach, thereby establishing a 3D simplified dermis model to profile the metabolomic signatures of common collagen biostimulators. For this purpose, fibroblast (HFF-1) viability and adhesion were evaluated to determine an optimal, biocompatible crosslinking protocol. Subsequently, metabolites were extracted from both the 3D bioprinted construct and its supernatant. As a result, an effective dual-crosslinking strategy was stablished, consisting of 15 minutes of calcium chloride (CaCl2) 500 mM followed by 15 minutes of 1-Ethyl-3-(3- dimethylaminopropyl)carbodiimide (EDC) 100 mM / N-hydroxysuccinimide (NHS) 20 mM. Construct stability and sustained cell viability were confirmed, enabling accurate metabolomic profiling at 48h in vitro. Notably, calcium hydroxylapatite (CaHA) induced metabolic reprogramming toward a regenerative state, whereas poly(D,L-lactic acid) (PDLA) drove adaptations characterized by sphingolipid remodeling and altered cellmicroenvironment communication. Overall, our dual-crosslinked dermis model demonstrates in vitro stability, providing a validated and effective platform for evaluating the metabolic impact of biomaterials in tissue engineering.
Keywords: Bioimpressão 3D
Biomateriais
Bioestimuladores de colágeno
Hidrogel
Metabolômica
Dupla reticulação
Area (s) of CNPq: CNPQ::CIENCIAS BIOLOGICAS::GENETICA
Subject: Genética
Language: por
Country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Uberlândia
Program: Programa de Pós-graduação em Genética e Bioquímica
Quote: PERES, Lucas Correia. Desenvolvimento de modelo de derme humana bioimpressa em 3D: Estabelecimento de protocolo in vitro e perfil metabólico do uso de bioestimuladores de colágeno. 2026. 72 f. Dissertação (Mestrado em Genética e Bioquímica) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2026. DOI http://doi.org/10.14393/ufu.di.2026.433.
Document identifier: http://doi.org/10.14393/ufu.di.2026.433
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/49622
Date of defense: 17-Jul-2026
Sustainable Development Goals SDGs: ODS::ODS 9. Indústria, Inovação e infraestrutura - Construir infraestrutura resiliente, promover a industrialização inclusiva e sustentável, e fomentar a inovação.
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