Síntese, caracterização e avaliação anti-inflamatória de membranas de acetato de celulose para futuro emprego na regeneração óssea guiada em implantes odontológicos

A busca por estratégias sustentáveis e inovadoras na área de biomateriais tem impulsionado a valorização de resíduos agroindustriais como fonte para o desenvolvimento de produtos de alto valor agregado. Nesse contexto, este estudo propôs a utilização integral da mucilagem do sisal (Agave sisalana) — resíduo do desfibramento da folha, constituído pelas frações líquida (suco) e sólida (bagaço ou bucha) — para a obtenção de biomateriais voltados à regeneração óssea guiada (ROG) em implantodontia. A fração líquida foi submetida à hidrólise ácida, resultando em um extrato (EHA) rico em metabólitos secundários de reconhecidas atividades antioxidante e anti-inflamatória. Em paralelo, a fração sólida foi submetida a processos de extração para isolamento de celulose, obtendo-se um material de elevada pureza (~99%), posteriormente acetilado para a produção de acetato de celulose (AC) até grau de substituição compatível com acetatos comerciais, assegurando sua aptidão como matéria-prima para membranas. As membranas foram sintetizadas pelo método de casting, a partir de soluções de acetato de celulose (10% m/v) em acetona/água, incorporando glicerofosfato de cálcio (GPC) como agente osteocondutivo. O EHA foi adicionado às membranas em diferentes proporções, sendo a formulação com 5% (m/m) a mais promissora. As membranas obtidas apresentaram morfologia homogênea, espessura uniforme e porosidade compatível com barreiras de ROG. Do ponto de vista físico-químico, exibiram comportamento hidrofílico, pH de contato estável em meio fisiológico e cristalinidade reduzida, condições que favorecem a adesão celular e um microambiente propício à integração tecidual. O estudo de estabilidade em tampão fosfato revelou que a presença do EHA acelerou a taxa de degradação, mas sem comprometer a integridade estrutural ao longo do tempo, sugerindo reabsorção controlada in vivo. A cinética de liberação indicou efeito inicial de burst, seguido de liberação sustentada até 96 h, padrão desejável em sistemas bioativos de liberação local. Nos ensaios biológicos, ambas as formulações (AC+GPC e AC+GPC+5%EHA) demonstraram ausência de citotoxicidade, com viabilidade celular sempre superior ao limite preconizado pelas normas, sendo que a incorporação do extrato induziu ainda efeito proliferativo sobre fibroblastos. As membranas exibiram baixa hemólise (<5%) e elevada capacidade de estabilização de eritrócitos. Ensaios funcionais demonstraram que a presença do EHA inibiu os processos de fagocitose e de espraiamento celular, sugerindo ação anti-inflamatória. O ensaio de migração celular (scratch assay) destacou-se ao revelar fechamento significativamente mais rápido da lacuna em monocamada para a formulação com EHA (~80% em 48 h) em comparação à membrana sem extrato (~50% em 48 h), evidenciando efeito pró-migratório in vitro. Em conjunto, os resultados confirmam a viabilidade de empregar integralmente a mucilagem do sisal para a produção de membranas de acetato de celulose bioativas, biodegradáveis e biocompatíveis. O aproveitamento das frações líquida e sólida permitiu unir sustentabilidade e inovação tecnológica, enquanto a incorporação do extrato ampliou as funcionalidades das membranas, conferindo-lhes caráter antioxidante, anti-inflamatório e pró-regenerativo. Este trabalho inaugura uma rota tecnológica promissora para validação in vivo e futura translação clínica em implantodontia, consolidando um elo entre economia circular e biomateriais de última geração.

Resumo (inglês)

The search for sustainable and innovative strategies in the field of biomaterials has driven the valorization of agro-industrial residues as sources for the development of high value-added products. In this context, the present study proposed the integral use of sisal mucilage (Agave sisalana) — a residue from leaf decortication, composed of liquid (juice) and solid (bagasse or pulp) fractions — for the production of biomaterials aimed at guided bone regeneration (GBR) in implant dentistry. The liquid fraction was subjected to acid hydrolysis, resulting in an extract (EHA) rich in secondary metabolites with recognized antioxidant and anti-inflammatory activities. In parallel, the solid fraction was processed for cellulose isolation, yielding a highly pure material (~99%), which was subsequently acetylated to obtain cellulose acetate (CA) with a degree of substitution comparable to commercial acetates, ensuring its suitability as a raw material for membrane production. The membranes were synthesized by the casting method, using cellulose acetate solutions (10% w/v) in acetone/water, incorporating calcium glycerophosphate (GPC) as an osteoconductive agent. EHA was added to the membranes at different proportions, with the 5% (w/w) formulation proving to be the most promising. The resulting membranes displayed homogeneous morphology, uniform thickness, and porosity compatible with GBR barriers. From a physicochemical standpoint, they exhibited hydrophilic behavior, stable contact pH under physiological conditions, and reduced crystallinity, features that favor cell adhesion and a microenvironment conducive to tissue integration. The stability study in phosphate buffer revealed that the presence of EHA accelerated the degradation rate without compromising structural integrity over time, suggesting controlled in vivo resorption. The release kinetics indicated an initial burst effect followed by sustained release up to 96 h, a desirable profile for bioactive local delivery systems. In biological assays, both formulations (CA+GPC and CA+GPC+5%EHA) demonstrated absence of cytotoxicity, with cell viability consistently above the threshold established by standards, while the incorporation of the extract further induced a proliferative effect on fibroblasts. The membranes exhibited low hemolysis (<5%) and high erythrocyte stabilization capacity. Functional assays showed that the presence of EHA inhibited phagocytosis and cell spreading processes, suggesting an anti-inflammatory effect. In the cell migration (scratch) assay, the monolayer gap closed significantly faster for the EHA-containing formulation (~80% at 48 h) than for the membrane without extract (~50% at 48 h), demonstrating a pro-migratory effect in vitro. Taken together, the results confirm the feasibility of fully employing sisal mucilage for the production of bioactive, biodegradable, and biocompatible cellulose acetate membranes. The use of both liquid and solid fractions enabled the integration of sustainability and technological innovation, while extract incorporation enhanced membrane functionalities, conferring antioxidant, anti-inflammatory, and pro-regenerative properties. This work establishes a promising technological route for in vivo validation and future clinical translation in implant dentistry, consolidating a bridge between circular economy and next-generation biomaterials.

Palavras-chave

Regeneração óssea, Materiais biomédicos, Agentes anti-inflamatórios, Agave, Bone regeneration

Idioma

Português

Citação

COSTA, Luisa Taynara Silvério da. Síntese, caracterização e avaliação anti-inflamatória de membranas de acetato de celulose para futuro emprego na regeneração óssea guiada em implantes odontológicos. 2025. 188 f. Tese (Doutorado em Ciências – Área de concentração: Biomateriais) – Faculdade de Odontologia, Universidade Estadual Paulista (UNESP), Araçatuba, 2025.