Tese de Doutoramento em Engenharia de Tecidos, Medicina Regenerativa e Células EstaminaisKidney diseases represent a major healthcare burden worldwide. It is estimated that one in ten
persons suffer from kidney dysfunction. Indeed, a decline in renal function is considered an independent
risk factor for both cardiovascular disease and all-cause mortality. The problem is only aggravated by
treatment alternatives, with dialysis and transplantation being the only currently available renal
replacement therapies.
Envisioning the functional recovery of the injured kidney, two regenerative resources were explored:
porcine-derived kidney decellularized matrices and renal progenitor cells from human origin. For that, the
decellularization process was optimized to obtain porcine kidney decellularized tissue. A full
characterization of this matrix in terms of morphology, structural integrity, biochemical content, thermal
and molecular properties and protein content was performed. Indeed, porcine-derived matrices were
validated as an adequate raw material for the production of several decellularized-based substrates.
Namely, kidney tissue-derived electrospun membranes were fabricated for the development of a tubular
filtration barrier model. Additionally, decellularized tissue was used for the fabrication of a particulate
matrix and a bioink, where 3D cultures of isolated renal cells were established envisioning implantation.
Indeed, these cells already shown to possess reparative properties when injected into the injured kidney
tissue alone, with limited efficacy. They were also used to develop an organoid model of the glomerulus.
Overall, renal progenitor cells demonstrated versatility, specific differentiation into renal phenotypes and
proliferation capacity when embedded on the matrix substrates.
The works developed in this thesis show that decellularized-based biomaterial substrates may have
multiple applications, from modeling systems to moldable implantable scaffolds for tissue engineering
strategies. These substrates demonstrated physiological kidney tissue characteristics, allowing cultured
cells to represent morphological, phenotypic and functional properties of in vivo systems. Ultimately, this
thesis allowed for the development of advanced strategies comprising both relevant cells and biomaterial
substrates that may have greater implications in the biomedical field as promising solutions to address
renal pathologies in its early stages.As doenças renais representam um grande problema económico-social. Está estimado que uma em
cada dez pessoas sofre de disfunção renal. São também consideradas um fator de risco para doenças
cardiovasculares e para a taxa de mortalidade geral. Este problema é agravado visto que as únicas opções
de tratamento atuais são a diálise e transplantação.
Visto que o objetivo inicial da tese é a recuperação do rim lesado, foram explorados dois recursos
regenerativos: matriz extracelular de rim de porcino decelularizadas e células progenitoras renais de
origem humana. O processo de descelularização foi cuidadosamente otimizado com vista a obter
matrizes descelularizadas. Posteriormente, foi feita uma caracterização completa da matriz de porcino
em termos de morfologia, integridade estrutural, conteúdo bioquímico, propriedades térmicas e
moleculares e ainda conteúdo proteico. Estas matrizes foram usadas como base para produção de
diversos biomateriais. Foram fabricadas membranas fibrosas por electrofiação para o desenvolvimento
de um modelo in vitro da barreira de filtração tubular. A matriz descelularizada foi usada para obter
partículas e também uma biotinta, onde foram estabelecidas culturas 3D de células renais isoladas, com
o objetivo final de implantação. Estas células demonstraram anteriormente o seu potencial quando
injetadas num rim lesado, com limitada eficácia. Nesta tese, as mesmas células foram também usadas
para desenvolver um modelo de organoide do glomérulo. As células progenitoras renais demonstraram
ter versatilidade, capacidade de diferenciação específica em fenótipos renais e de proliferação quando
cultivadas nas matrizes.
Os materiais produzidos a partir da matriz decelularizada demonstraram poder ser usados em
múltiplas aplicações, desde modelos para estudos in vitro até scaffolds implantáveis para estratégias de
engenharia de tecidos. Estes biomateriais demonstraram ter uma variabilidade fisiológica semelhante à
do rim, o que permitiu às células cultivadas modelar propriedades dos sistemas in vivo, nomeadamente
morfológicas, fenotípicas e funcionais. Por fim, esta tese permitiu o desenvolvimento de estratégias
avançadas compostas por células e biomateriais relevantes, que podem ter imensas implicações
biomédicas como soluções promissoras para o tratamento de lesões renais em estágios iniciais.The authors want to acknowledge the financial support obtained by the European Regional Development Fund (ERDF) on the project FROnTHERA (NORTE-01-0145-FEDER-000023) and the FCT PhD Grant on the Doctoral Program on Advanced Therapies for Health (PATH) (PD/BD/128102/2016)