Desenvolvimento e fabrico de estruturas para aplicações biomédicas por electrospinning

Autor: Caratão, Bianca Castanheira
Přispěvatelé: Carvalho, S., Corker, Jorge Neiva Coutinho Marshall, Universidade do Minho
Jazyk: portugalština
Rok vydání: 2014
Předmět:
Zdroj: Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal
Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (RCAAP)
instacron:RCAAP
Popis: Dissertação de mestrado integrado em Engenharia de Materiais
Os enxertos ósseos, tanto aloenxertos como xenoenxertos ou até substitutos artificiais, são atualmente as soluções cirúrgicas realizadas em ossos lesionados. No entanto, a estas cirurgias estão associadas limitações biológicas, destacando-se a transmissão de doenças e o número escasso de dadores. Sabendo a priori o papel imprescindível que o osso desempenha no corpo humano, são realizados mundialmente cerca de 2,2 milhões de procedimentos ortopédicos por ano, movimentando 2 bilhões de euros anualmente. Deste modo, torna-se imperativo o desenvolvimento de novas terapias que combatam estas limitações. A engenharia de tecidos revela-se uma aposta promissora nesta área. A sua estratégia consiste no desenvolvimento de um osso novo a partir dos componentes base responsáveis pelo seu crescimento, células, matriz extracelular, interações células-matriz e fatores de crescimento do próprio individuo. Desta forma, esta engenharia colmata as limitações associadas às soluções utilizadas na atualidade. O scaffold desempenha uma função muito importante na engenharia de tecidos, sendo responsável pela simulação da estrutura do osso e serve de suporte para o seu crescimento. Após o crescimento do novo osso (entre 3 a 6 meses) a matriz tridimensional será degradada no corpo humano. O compósito constituído por poli(láctido-co-glicólido) (PLGA) e hidroxiapatite (HA) tem demonstrando boas propriedades mecânicas e biológicas. O PLGA, biopolímero que constitui a matriz polimérica, assegura a biodegradação do scaffold e a HA, como reforço, tem como função facilitar a osteocondução. Embora esta combinação ter vindo a apresentar bons resultados, não têm sido analisados num estudo em simultâneo. A inovação e contributo desta dissertação passa pela produção de nanofibras de PLGA/HA alinhadas através do sistema electrospinning, simulando as fibras de colagénio orientadas, que constituem a matriz extracelular do osso nativo. Este trabalho também é inovador quanto à otimização da proporção dos monómeros constituintes do PLGA, bem como dos teores de hidroxiapatite para a utilização como scaffolds, em todos os requisitos. O estudo da proporção relativa aos monómeros (PLA e PGA) constituintes do PLGA revelou que a proporção 85/15 é a que apresenta propriedades mais semelhantes ao do osso nativo, derivado de uma morfologia constituída por fibras alinhadas com um diâmetro de 320nm e porosidade de 87%, assim como um módulo de Young de 0,35GPa. A adição de 1% e 5% de HA ao PLGA revelou uma diminuição da porosidade (de 87% para 80 e 78%) e um aumento do módulo de Young (de 0,35GPa para 2,4 e 2,9GPa). Contudo a adição de 1% de HA ao PLGA demonstrou uma morfologia mais uniforme, com fibras alinhadas e diâmetros 200-300nm. Os resultados in vitro demonstraram que a amostra que sugeriu maior osteocondução foi a de PLGA + 1% HA, em relação à de PLGA, pois revelou maior capacidade de absorção do fluido PBS. Após duas semanas de imersão das amostras no fluido PBS, as nanoparticulas de HA incorporadas difundiram para a superfície, o que poderá sugere a bioatividade do scaffold pelo corpo, facilitando a reparação óssea. O teste de biodegradação in vitro também revelou que os scaffolds não demonstram uma perda de massa muito significativa (após duas semanas de imersão), induzindo uma tendência de suporte estrutural ao osso durante o seu tempo de crescimento. Em suma, as nanofibras de PLGA + 1% HA revelam resultados bastante promissores quanto ao uso como scaffolds, devido às semelhanças das suas propriedades com as do osso (morfologia de fibras alinhadas de diâmetros entre 50 e 500nm, porosidade de 50 a 90% e módulo de Young de 0,1 a 5GPa).
The bone grafts, both allografts and xenografts or even artificial substitutes, are currently surgical interventions performed in injured bones. However, these surgeries have biological limitations associated with an emphasis on diseases transmission and a scarce number of donors. Knowing beforehand, the essential role the bone plays in the human body, approximately 2.2 million orthopaedic procedures are performed a year, amounting to 2 billion euros annually. Thus, it is imperative that are new therapies to combat these limitations are developed. Tissue engineering proves to be a reply promising in this area. Its strategy consists of the development of a new bone from the base components responsible for its growth, cells, extracellular matrix and growth factors. So, this engineering fills the limitations associated to the currently used solutions. The scaffold plays a very important role in tissue engineering, being responsible for the structure simulation of the bone and its growth. After the growth of the new bone (between 3 to 6 months) the three dimensional matrix will be degraded in the human body. The composite consisting of poly (lactide-co-glycolide) (PLGA) and hydroxyapatite (HA), has demonstrated good mechanical and biological properties. The PLGA, biopolymer which constitutes the polymeric matrix assures the scaffolds biodegradation and the HA, as a reinforcement, has the function of facilitating osteoconductivity. Although this combination has presented favourable results, they have not been analysed in a simultaneous study. The innovation and the contribution of this thesis includes the production nanofiber aligned of PLGA / HA through the electrospinning system, simulating the collagen oriented fibres, which constitute the extracellular matrix of the native bone. This study is also innovative regarding the optimum proportion of the constituent monomers of PLGA, as well as the hydroxyapatite percent’s added to the matrix for use as scaffolds, in all the demanded areas. The study of the ratio with regards to the monomers (PLA and PGA) which constitute the PLGA, revealed that the proportion 85/15 is the ratio which demonstrated the more similar properties to the native bone, derived from the aligned fiber morphology with a diameter of 320nm and porosity of 87%, as well as Young's modulus of 0.35GPa. The addition of 1% and 5% of HA to PLGA showed a decrease in porosity (of 87% to 80 and 78%) an increase in Young's modulus (of 0.35GPa to 2.4 and 2.9GPa). However, the addition of 1% HA to PLGA showed a more uniform morphology, and aligned fibers with diameters of 200-300nm. The in vitro biodegradation revealed that the PLGA + 1% HA sample demonstrated greater osteo-conduction, in relation to the PLGA sample, as it showed greater capacity to the PBS fluid absorption. Two weeks after the immersion of the samples in the PBS fluid, HA nanoparticles incorporated to the matrix diffused to the surface, which may promote bioactivity of the scaffold, facilitating bone healing. The in vitro degradation test also revealed that the scaffolds did not demonstrate a very significant weight loss (after two weeks of immersion), inducing a tendency of structural support to the bone during the period of growth. In short, the nanofibers of PLGA + 1% HA sample showed very promising results to apply as scaffolds, due to the similarities of their properties with those of the bone (morphology of nanofibers aligned with diameters between 50 and 500nm, porosity of 50 to 90% and of Young's modulus 0.1 to 5GPa).
Databáze: OpenAIRE
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