Hidrogel 3D incorporado com biovidro para sistema drug delivery: caracterização e estudo in vitro

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dc.contributor.advisorVasconcellos, Luana Marotta Reis de [UNESP]
dc.contributor.authorGrisante, Letícia Adrielly Dias
dc.contributor.coadvisorCampos, Thiago Moreira Bastos
dc.contributor.institutionICT Unesp - Instituto de Ciência e Tecnologia - Câmpus de São José dos Campos
dc.date.accessioned2024-04-23T16:56:46Z
dc.date.available2024-04-23T16:56:46Z
dc.date.issued2024-02-26
dc.description.abstractAtualmente há diversos tratamentos para a osteoporose, porém a maioria deles pode corroborar com o surgimento de outras complicações sistêmicas, para isso é de suma importância o desenvolvimento de terapias locais, visando diminuir ou eliminar os efeitos colateriais causados por medicamentos de uso oral. O objetivo nesse projeto foi avaliar a influência de hidrogéis, com sistema drug delivery, incorporados com partículas de vidro bioativo funcionalizadas com diferentes medicamentos, na osteogênese in vitro. Partículas de vidro bioativo foram sintetizadas e caracterizadas. Em seguida, foram funcionalizadas com os fármacos raloxifeno e ranelato de estrôncio usando a técnica sonoquímica. Hidrogéis de alginato foram sintetizados e incorporados com as partículas funcionalizadas usando impressão 3D em dimensões específicas. Os hidrogéis foram caracterizados por microscopia eletrônica de varredura, análise de intumescimento e molhabilidade. Em testes in vitro, os hidrogéis foram cortados em medidas menores e usados para culturas de células para avaliar a atividade e diferenciação celular para osteogênese. Células mesenquimais foram isoladas de ratas ovariectomizadas, diferenciadas em osteoblastos e co-cultivadas com os hidrogéis. Viabilidade celular, conteúdo de proteína total, atividade de fosfatase alcalina, morfologia celular e formação de nódulos de mineralização foram analisados em intervalos de tempo definidos. Os dados quantitativos foram submetidos aos testes estatísticos de normalidade Kolmogorov-Smirnov, seguidos pelo teste não paramétrico Kruskal Walis e teste multiplo de Dunn, com nível de significância de 5%. A caracterização morfológica e físico-química evidenciou o sucesso da referida metodologia em confeccionar o novo biomaterial. Nos testes in vitro, todos os grupos de hidrogéis impressos 3D não se mostraram citotóxicos e permitiram a diferenciação celular. A atividade de fosfatase alcalina não apresentou diferença entre os grupos. Por meio da análise da morfologia celular por fluorencência direta foi possível observar que em todos os grupos com excessão ao HBRx as células exibiam morfologia poligonal de forma íntegra, todos os grupos apresentaram células aderidas na superfície dos materiais, sendo que a maior quantidade de células foi observada no grupo hidrogel com vidro bioativo incorporado com ranelato de estrôncio. Na análise da formação de nódulos de mineralização, todos os grupos apresentaram a formação dos nódulos, exceto o grupo HBRx. Os resultados evidenciaram sucesso na produção de todos os novos biomateriais, HP, HB HBRx e HBSr tanto na síntese quanto na impressão 3D, conforme verificado nos testes de MEV, EDS e Raman, enquanto nos testes in vitro os grupos com vidro bioativo, em sua maioria, apresentaram resultados positivos para o uso na engenharia tecidual. De modo geral hidrogéis impresso 3D com vidro bioativo sem fármaco (HB) e incorporado com fármaco ranelato de estrôncio (HBSr) são os biomateriais que se mostraram mais promissores em comparação aos demais grupos.pt
dc.description.abstractCurrently, there are several treatments for osteoporosis; however, most of them can lead to the emergence of other systemic complications. Therefore, it is of utmost importance to develop local therapies aiming to reduce or eliminate the side effects caused by orally administered medications. The objective of this project was to evaluate the influence of hydrogels with drug delivery systems incorporated with bioactive glass particles functionalized with different drugs on in vitro osteogenesis. Bioactive glass particles were synthesized and characterized. Subsequently, they were functionalized with the drugs raloxifene and strontium ranelate using sonochemical technique. Alginate hydrogels were synthesized and incorporated with the functionalized particles using 3D printing in specific dimensions. The hydrogels were characterized by scanning electron microscopy, swelling analysis, and wettability assessment. In in vitro tests, the hydrogels were cut into smaller sizes and used for cell cultures to assess cell activity and differentiation for osteogenesis. Mesenchymal cells were isolated from ovariectomized rats, differentiated into osteoblasts, and co-cultured with the hydrogels. Cell viability, total protein content, alkaline phosphatase activity, cellular morphology, and mineralization nodule formation were analyzed at defined time intervals. Quantitative data were subjected to Kolmogorov-Smirnov normality tests, followed by non-parametric Kruskal-Wallis and multiple Dunn tests, with a significance level of 5%. The morphological and physicochemical characterization demonstrated the success of the methodology in fabricating the new biomaterial. In the in vitro tests, all groups of 3D-printed hydrogels were non-cytotoxic and allowed cell differentiation. Alkaline phosphatase activity showed no difference among the groups. Through direct fluorescence-based cellular morphology analysis, it was observed that cells in all groups except HBRx exhibited intact polygonal morphology, with cells adhering to the material surfaces in all groups. The highest quantity of cells was observed in the hydrogel group incorporating bioactive glass with strontium ranelate. In the mineralization nodule formation analysis, all groups showed nodule formation except for the HBRx group. The results demonstrated successful production of all new biomaterials (HP, HB, HBRx, and HBSr) in both synthesis and 3D printing, as verified by SEM, EDS, and Raman tests. Meanwhile, in vitro testing showed that groups with bioactive glass mostly exhibited positive results for tissue engineering purposes. Overall, 3D-printed hydrogels with bioactive glass without drugs (HB) and incorporated with strontium ranelate (HBSr) proved to be the most promising biomaterials compared to the other groups.en
dc.description.sponsorshipFundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)
dc.description.sponsorshipConselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)
dc.description.sponsorshipIdFAPESP: 2021/05274-8
dc.identifier.citationGrisante LAD. Hidrogel 3D incorporado com biovidro para sistema drug delivery: caracterização e estudo in vitro [dissertação]. São José dos Campos (SP): Universidade Estadual Paulista (Unesp), Instituto de Ciência e Tecnologia; 2024.
dc.identifier.orcid0000-0002-7108-2221
dc.identifier.urihttps://hdl.handle.net/11449/255299
dc.language.isopor
dc.publisherUniversidade Estadual Paulista (Unesp)
dc.rights.accessRightsAcesso restrito
dc.subjectDrug deliverypt
dc.subjectHidrogelpt
dc.subjectImpressão 3Dpt
dc.subjectEstrônciopt
dc.subjectOsteogênesept
dc.subjectDrug deliveryen
dc.subjectHydrogelen
dc.subject3D printingen
dc.subjectOsteogenesisen
dc.subjectRaloxifeneen
dc.subjectStrontiumen
dc.titleHidrogel 3D incorporado com biovidro para sistema drug delivery: caracterização e estudo in vitro
dc.title.alternativeHydrogel 3D embedded with bioactive glass for drug delivery system: characterization and in vitro studyen
dc.typeDissertação de mestradopt
unesp.campusUniversidade Estadual Paulista (Unesp), Instituto de Ciência e Tecnologia, São José dos Campospt
unesp.embargo24 meses após a data da defesa
unesp.examinationboard.typeBanca pública
unesp.graduateProgramCiências Aplicadas à Saúde Bucal - ICT 33004145070P8
unesp.knowledgeAreaPatologia
unesp.researchAreaDesenvolvimento de biomateriais em saúde bucal

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