Manufatura aditiva de scaffolds estruturados recobertos com látex para regeneração óssea

Abstract

O desempenho de tecidos e órgãos de todo organismo vivo, fica naturalmente comprometido com o passar dos anos, e se faz necessário intervenções médicas para eventuais reconstituições ou reparações de tecidos acometidos e danificados por doenças ou lesões. Neste contexto, a Engenharia Tecidual tem trabalhado de maneira interdisciplinar nos campos das Engenharias, Biologia e Medicina, e tem trazido grandes evoluções e opções aos já difundidos transplantes e enxertos ósseos. Nesse âmbito, impulsionado pelas recentes aplicações da tecnologia da manufatura aditiva, novos polímeros termoplásticos biodegradáveis têm sido utilizados com sucesso. Dessa forma, este trabalho de pesquisa tem como propósito principal desenvolver scaffolds 3D mimetizando o osso trabecular, aliando as propriedades de biocompatibilidade e biodegradabilidade do já difundido e certificado PLA (ácido polilático). Assim, os scaffolds 3D de PLA em sua versão comercial, são recobertos com látex natural extraído da Hevea brasiliensis por meio da técnica dip-coating, afim de otimizar a biocompatibilidade, promovendo condições para a angiogênese e proporcionando condições para a migração, diferenciação e proliferação de tecido ósseo, características estas que foram detectadas em estudos recentes deste material com resultados promissores. Com auxílio de softwares CAD, foi possível desenvolver geometrias com interconectividade estruturada, seguidos de definição de parâmetros de processamento e fabricação utilizando a tecnologia FDM (Fused Deposition Modeling) de manufatura aditiva, por meio de um equipamento de baixo custo. Por fim, para realizar a caracterização dos scaffolds, foram realizados ensaios mecânicos de compressão e análises laboratoriais tais como: MEV-EDS (microscopia eletrônica de varredura - espectroscopia de energia dispersiva) e FTIR (espectroscopia de Infravermelhos - com transformadas de Fourier) de modo a delinear as características deste potencial substituto para aplicações na regeneração óssea.

The performance of tissues and organs of every organism is naturally compromised over the years, and it is necessary medical interventions for eventual reconstructions or repairs of tissues affected and damaged by diseases or injuries. In this context, Tissue Engineering has worked in an interdisciplinary way in the fields of Engineering, Biology and Medicine, and has brought great developments and options to the already widespread transplants and bone grafts. In this context, and driven by recent applications of additive manufacturing technology, new biodegradable thermoplastic polymers have been used successfully. Thus, the main purpose of this research work is to develop 3D scaffolds mimicking the trabecular bone, combining the biocompatibility and biodegradability properties of the already widespread and certified PLA (polylactic acid). Thus, PLA 3D scaffolds in its commercial version are coated with NRL (natural rubber latex) extracted from Hevea brasiliensis through dip-coating technique in order to optimize biocompatibility, promoting conditions for angiogenesis, providing conditions for the migration, differentiation and proliferation of bone tissue, characteristics that have been detected in recent studies regarding this material with promising results. Supported by CAD software, it was possible to develop geometries with structured interconnectivity, followed by process parameters definition and manufacturing using the FDM (Fused Deposition Modeling) technology of Additive Manufacturing, by a low-cost equipment. Finally, to carry out the scaffolds characterization, mechanical compression tests and laboratory analyzes were performed, such as SEM-EDS (scanning electron microscopy with energy dispersive spectroscopy) and FTIR (Fourier Transform Infrared Spectroscopy) in order to outline the characteristics of this potential substitute for bone regeneration applications.