Guoping Chen, Takashi Ushida and Tetsuya Tateishi Materials Science and Engineering C (2001)

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1 Desenvolvimento de Suportes Porosos Biodegradáveis para Engenharia de Tecidos Guoping Chen, Takashi Ushida and Tetsuya Tateishi Materials Science and Engineering C (2001) Jorge Beira, Lina Espinha e Marisa Oliveira Biomateriais II 2008/2009 Engenharia Biomédica, IST Introdução Dispositivos Médicos Próteses Sintéticas Terapia com Fármacos Perda ou Dano de Tecidos/Órgãos Transplante de Tecidos ou Órgãos Reconstrução Cirúrgica Engenharia de Tecidos

2 Introdução Suportes para Engenharia de Tecidos Os suportes porosos 3D temporários têm um papel importante na manipulação de funções celulares. As células l isoladas e expandidas dd aderem ao suporte em todas as dimensões, proliferando e segregando matriz extracelular que substitui o material biodegradável. Objectivos Obter uma esponja porosa para engenharia de tecidos. Hb Hibridar a esponja com colagénio. Introduzir hidroxiapatite na matriz de forma a mimetizar o osso natural.

3 1. Esponja de Polímero Biomateriais para Suportes PGA (ácido poliglicólico) PLA (ácido poliláctico) PLGA (copolímero de AL e AG) Colagénio Hidroxiapatite inorgânica 1. Esponja de Polímero Preparação do Suporte Separação de Fases (Phase Separation) Secagem Criogénica (Emulsion Freeze Drying) Formação de espumas por borbulhação de gás (Gas Foaming) União de Fibras (Fiber bonding) Lixiviação Porogénica (Porogen leaching)

4 1. Esponja de Polímero Nova abordagem metodológica Combinar Lixiviação Porogénica e Secagem Criogénica com uso de partículas de gelo 1. Esponja de Polímero Resultados e Discussão 1 Foi possível obter esponjas com uma estrutura de poros igualmente distribuídos e interligados. O grau de interligação entre as esponjas aumenta com a fracção de partículas de gelo. 80% em partículas gelo 90% em partículas gelo Secções transversais de esponjas de PLLA por SEM (Scanning Electron Microscopy Microscópio de Varrimento).

5 1. Esponja de Polímero Resultados e Discussão 1 A concentração de polímero influencia a estrutura porosa da parede, i.e., a porosidade diminui com o aumento da concentração. A porosidade e o quociente área / peso aumentam com o aumento da fracção em peso de partículas de gelo. Assim, é possível variar a estrutura dos poros alterando a forma, a fracção em peso e o tamanho das partículas de gelo e a concentração de polímero. O uso de partículas de gelo como material porogénico permite uma simplificação dos métodos utilizados e permite que a sua remoção seja mais completa. 2. Hibridação com Colagénio Polímeros biodegradáveis Vantagem Desvantagem Elevada Resistência Mecânica Degradação controlada por manipulação de cristalinidade, peso molecular, etc. 2. Nova abordagem Falta de sinais de reconhecimento celular l Suportes de Colagénio Interacções celulares específicas Fraca Resistência Mecânica

6 2. Hibridação com Colagénio 2. Hibridação com Colagénio Resultados e Discussão 2 A adesão celular à esponja híbrida é muito maior do que a polímeros sintéticos. Estrutura híbrida de PLGA com colagénio. Cultura celular de fibroblastos de ratinho L929 em esponja híbrida com 1 dia. Secções transversais de esponjas híbridas de PLGA-colagénio por SEM (Scanning Electron Microscopy Microscópio de Varrimento).

7 2. Hibridação com Colagénio Discussão 2 Híbridos têm melhor molhabilidade com água (importante para uma deposição celular homogénea) Hibridos mantêm a mesma força mecânica que polímeros sintéticos. Têm um elevado grau de interacções celulares e biocompatibilidade. 3. Hidroxiapatite Introdução de Hidroxiapatite em esponjas híbridas As características são ideais para implantes, coberturas e suportes em engenharia de tecidos ósseos. Aparece naturalmente na matriz de colagénio e a osteocondutividade melhora com a associação de uma proteína na matriz. Fez-se deposição de partículas de hidroxiapatite na superfície da esponja por cima do colagénio e do polímero.

8 3. Hidroxiapatite Introdução de Hidroxiapatite em esponjas híbridas Imersão em CaCl 2 Incubação 12 horas e centrifugação Incubação 12 horas e centrifugação Imersão em Na 2 HPO 4 Deposição conseguida através de repetição do ciclo. Af forma original lé mantida td devido d ao facto de se ter a esponja de colagénio e PLLA como molde. 3. Hidroxiapatite Resultados e Discussão 3 Número de ciclos Estrutura híbrida de PLGA com colagénio e hidroxiapatite após 4 ciclos Após 3 ciclos as superfícies de colagénio estavam totalmente preenchidas. Secções transversais de esponjas híbridas de PLGA-colagénio-hidroxiapatite por SEM (Scanning Electron Microscopy Microscópio de Varrimento).

9 3. Hidroxiapatite Discussão 3 Espectroscopia de Raios-X mostra que os elementos principais da esponja são carbono, oxigénio, azoto, cálcio e fósforo. Ao fim de quatro ciclos: A razão molar cálcio/fósforo tende a ser igual à de hidroxiapatite. Os picos de absorção característicos são mais evidentes, ficando o espectro semelhante ao da hidroxiapatite comercial. As partículas depositadas apresentam a mesma cristalinidade da hidroxiapatite. Conclusões O uso de esponjas de polímeros sintéticos como esqueleto mecânico facilita a formação de esponjas híbridas com várias formas e adiciona-lhes vantagens a nível das propriedades d mecânicas. A adição de colagénio e hidroxiapatite permite uma melhor interacção celular e melhor osteoconductividade. Este tipo de esponjas híbridas de polímero sintético, colagénio e hidroxiapatite surgem como suportes porosos 3D bastante promissores para engenharia de tecido ósseo.

10 Obrigado Jorge Beira, Lina Espinha e Marisa Oliveira Biomateriais II 2008/2009 Engenharia Biomédica, IST

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