Esta tese apresenta uma série de investigações e resultados na interface entre ciência do materiais, ciência da computação e biologia, onde, primeiramente, interações nanopartícula-célula foram estudadas utilizado simulações de dinâmica molecular, buscando compreender aspectos fisico-químicos da interface existente entre nanomateriais e células. a partir destes estudos, logo ficou evidente que novos métodos para estudar estas interações, assim como interações biomaterial-célula seriam necessários. neste sentido, uma abordagem baseada em biologia de sistemas (cellnet) foi utilizada para elucidar mudanças globais em programas de expressão de genes em células interagindo com nanopartículas ou cultivadas em culturas de células organóides. estes métodos foram primeiramente desenvolvidos e validados para área de células-tronco, especificamente para experimentos de engenharia de identidade celular, tais como reprogramação de células somáticas para um estado de pluripotência induzida, diferenciação dirigida de células-tronco pluripotentes para tipos de células específicos (cardiomiócitos) e conversão direta entre células somáticas (fibroblastos para cardiomiócitos). aplicação de cellnet para interações nanopartícula-célula indicou que mudanças transcricionais significativas podem ocorrer, tal como quantificado pelo estabelecimento de redes reguladoras de genes (grn) em células do sistema imune incubadas com nanopartículas de ouro, funcionalizadas com oligonucleodídeos. além disso, respostas inflamatórias podem estar associadas a estas interações, desde que genes regulando vias de sinalização mediadas por interferon são super expressos. análise de queratinócitos humanos em plataformas de cultura celular organóides mostrou o estabelecimento completo da grn da pele e que existem diferenças significativas no transcriptoma de células cultivadas em plataformas bidiomensionais e tridimensionais. nanopartículas ativáveis por processos de remodelagem da matriz extracelular foram desenvolvidas e caracterizadas, onde verificou-se que a ativação por proteases específicas tais como mmp9/2 e upa é possível, juntamente com a aparente inibição da atividade da enzima catepsina b, sugerindo uma abordagem terapêutica plausível para tumores apresentando padrões de super expressão de mmp9/2 e catepsina b. os resultados deste trabalho contribuem para um melhor entendimento de interações nanomaterial/biomaterial-célula e o projeto de nanopartículas terapêuticas, assim como melhor entendimento sobre os três principais paradigmas de engenharia celular atualmente amplamente utilizados.