Síntese de trimetafosfato de cálcio e seu efeito contra a erosão inicial, energia livre da superfície do esmalte e desenvolvimento de nova membrana para engenharia de tecidos periodontais: estudo in vitro
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Data
2024-04-26
Orientador
Delbem, Alberto Carlos Botazzo 
Coorientador
Hosida, Thayse Yumi
Pós-graduação
Ciências - FOA 33004021073P5
Curso de graduação
Título da Revista
ISSN da Revista
Título de Volume
Editor
Universidade Estadual Paulista (Unesp)
Tipo
Tese de doutorado
Direito de acesso
Acesso restrito
Resumo
Resumo (português)
O trabalho de tese foi dividido em 2 capítulos. O primeiro capítulo teve como objetivo sintetizar ciclotrifosfato (TMP) com substituição total do sódio pelo cálcio (Ca2+), avaliar in vitro a energia livre de superfície (γs) e o efeito na inibição da lesão erosiva inicial do esmalte. O segundo capítulo visou criar e avaliar nanofibras biodegradáveis à base de polímeros, contendo distintas concentrações de trimetafosfato de cálcio (CaTMP) para engenharia de tecidos periodontais. No primeiro capítulo, ciclotrifosfatos com substituição total do sódio pelo cálcio foram sintetizados e este biomaterial foi caracterizado morfologicamente por espectroscopia de raios X por energia dispersiva (EDS) e microscopia eletrônica de varredura (MEV). Avaliou-se a energia livre de superfície através de um goniômetro utilizando três líquidos sonda: água deionizada, diiodometano e etilenoglicol. Blocos de esmalte bovino (4 x 4 mm) foram distribuídos aleatoriamente de acordo com a média de dureza de superfície (SH) do total de blocos e o intervalo de confiança entre 7 grupos de dentifrícios experimentais contendo 1% dos compostos: 100%NaTMP/0%CaTMP (NaTMP); 80%NaTMP/20%CaTMP (20CaTMP); 50%NaTMP/50%CaTMP (50CaTMP); 20%NaTMP/80%CaTMP (80CaTMP); 100%CaTMP/0%NaTMP (CaTMP). Como controle negativo, foi utilizado um dentifrício placebo e, como controle positivo, um dentifrício com 1100 ppm de F (NaF, Merck, CAS 7681-49-4, Alemanha). Para análise do efeito protetor, os blocos de esmalte hígidos foram imersos em solução de dentifrícios com saliva humana por 2 horas (sob agitação), seguidos por 4 desafios erosivos (ácido cítrico, 0,75%, pH 3,5, por 1 minuto, sob agitação). A porcentagem de variação da dureza superficial (%SH) foi calculada após o tratamento e os desafios ácidos de 1, 2, 3 e 4 minutos. Além disso, os precipitados foram analisados por MEV. As variáveis foram submetidas à análise de variância de medidas repetidas a dois critérios, seguida pelo teste de Student-Newman-Keuls (p<0,05). No segundo capítulo, soluções de poli(éster ureia) (PEU) (5% p/v) contendo Ca-TMP (15%, 30%, 45% p/p) foram eletrofiadas em estruturas fibrosas. As fibras foram avaliadas por MEV, EDS, análise termogravimétrica (TGA), espectroscopia de infravermelho por transformada de Fourier (FTIR), difração de raios-X (DRX) e ensaios mecânicos. A taxa de degradação, a taxa de inchaço e a liberação de cálcio também foram avaliadas. A interação célula/CaTMP e célula/scaffold foi avaliada usando células-tronco de dentes decíduos esfoliados humanos (SHEDs) para viabilidade celular, adesão e atividade de fosfatase alcalina (ALP). Análise de variância (ANOVA) e testes post-hoc (α = 0,05) foram utilizados. Assim, o primeiro capítulo concluiu que o dentifrício contendo CaTMP apresentou o maior efeito protetor em comparação aos outros grupos (p < 0,001). O efeito protetor foi 100%CaTMP/0%NaTMP > 20%NaTMP/80%CaTMP > 50%NaTMP/50%CaTMP > 80%NaTMP/20%CaTMP > 1100 ppm F > 100%NaTMP/0%CaTMP > placebo (p < 0.05). Todos os grupos formaram precipitados com camadas mais espessas ao utilizar qualquer concentração de CaTMP. Quanto maior a percentagem de CaTMP nos grupos, maior foi a adsorção de CaTMP e mais sítios doadores de elétrons na superfície do esmalte foram alcançados. No segundo capítulo, as membranas baseadas em PEU e PEU/CaTMP apresentaram diâmetros de fibra de 469 nm e 414–672 nm, respectivamente. A caracterização química atestou a incorporação de CaTMP nas fibras. A adição de CaTMP resultou em maior estabilidade de degradação e menor variação dimensional do que as fibras de PEU puras; no entanto, foram observadas características mecânicas semelhantes. O cálcio mínimo foi liberado após 21 dias de incubação em solução enriquecida com lipase. Os extratos de CaTMP aumentaram a viabilidade celular e a atividade de ALP, embora não tenham sido encontradas diferenças significativas entre os grupos de suporte. No geral, concluiu-se que os dentifrícios contendo CaTMP têm um efeito protetor superior na redução das lesões erosivas iniciais do esmalte e que o CaTMP foi efetivamente incorporado nas fibras de PEU, melhorando a estabilidade da membrana sem comprometer as propriedades morfológicas e sem promover função celular significativa.
Resumo (inglês)
The thesis work was divided into 2 chapters. The first chapter aimed to synthesize cyclotriphosphate (TMP) with complete substitution of sodium by calcium (Ca2+), to evaluate in vitro the surface free energy (γs) and the effect on inhibiting the initial erosive lesion of the enamel. The second chapter aimed to create and evaluate biodegradable nanofibers based on polymers containing different concentrations of calcium trimetaphosphate (CaTMP) for periodontal tissue engineering. In the first chapter, cyclotriphosphates with total substitution of sodium by calcium were synthesized, and this biomaterial was morphologically characterized by dispersive X-ray spectroscopy (EDS) and scanning electron microscopy (SEM). The surface free energy was evaluated using a goniometer with three probe liquids: deionized water, diiodomethane, and ethylene glycol. Bovine enamel blocks (4 x 4 mm) were randomly distributed according to the average surface hardness (SH) of all blocks and the confidence interval among 7 experimental toothpaste groups containing 1% of the compounds: 100%NaTMP/0%CaTMP (NaTMP); 80%NaTMP/20%CaTMP (20CaTMP); 50%NaTMP/50%CaTMP (50CaTMP); 20%NaTMP/80%CaTMP (80CaTMP); 100%CaTMP/0%NaTMP (CaTMP). As a negative control, a placebo toothpaste was used, and as a positive control, a toothpaste with 1100 ppm F (NaF, Merck, CAS 7681-49-4, Germany) was used. For the analysis of the protective effect, the sound enamel blocks were immersed in a solution of toothpastes with human saliva once for 2 hours (under agitation), followed by 4 erosive challenges (citric acid, 0.75%, pH 3.5, for 1 minute, under agitation). The percentage of surface hardness variation (%SH) was calculated after the treatment and the acid challenges of 1, 2, 3, and 4 minutes. Additionally, the precipitates were analyzed by SEM. The variables were subjected to two-way repeated measures analysis of variance, followed by the Student-Newman-Keuls test (p<0.05). In the second chapter, solutions of poly(ester urea) (PEU) (5% w/v) containing Ca-TMP (15%, 30%, 45% w/w) were electrospun into fibrous structures. The fibers were evaluated by SEM, EDS, thermogravimetric analysis (TGA), Fourier-transform infrared spectroscopy (FTIR), X-ray diffraction (XRD), and mechanical tests. The degradation rate, swelling rate, and calcium release were also evaluated. The cell/CaTMP and cell/scaffold interaction were assessed using human exfoliated deciduous teeth stem cells (SHEDs) for cell viability, adhesion, and alkaline phosphatase activity (ALP). Analysis of variance (ANOVA) and post-hoc tests (α = 0.05) were used. Thus, the first chapter concluded that the toothpaste containing CaTMP showed the highest protective effect compared to the other groups (p < 0.001). The protective effect was ranked as follows: 100%CaTMP/0%NaTMP > 20%NaTMP/80%CaTMP > 50%NaTMP/50%CaTMP > 80%NaTMP/20%CaTMP > 1100 ppm F > 100%NaTMP/0%CaTMP > placebo (p < 0.05). All groups formed precipitates with thicker layers when using any concentration of CaTMP. The higher the percentage of CaTMP in the groups, the greater the adsorption of CaTMP and more electron donor sites on the enamel surface were achieved. In the second chapter, the membranes based on PEU and PEU/CaTMP presented fiber diameters of 469 nm and 414–672 nm, respectively. Chemical characterization confirmed the incorporation of CaTMP into the fibers. The addition of CaTMP resulted in greater degradation stability and less dimensional variation than pure PEU fibers; however, similar mechanical properties were observed. Minimal calcium was released after 21 days of incubation in a lipase-enriched solution. The CaTMP extracts increased cell viability and ALP activity, although no significant differences were found between the support groups. Overall, it was concluded that toothpastes containing CaTMP have a superior protective effect in reducing initial erosive enamel lesions and that CaTMP was effectively incorporated into PEU fibers, improving the stability of the membrane without compromising morphological properties and without promoting significant cellular function.
Descrição
Palavras-chave
Idioma
Inglês
Como citar
TOLEDO PTA. Síntese de trimetafosfato de cálcio e seu efeito contra a erosão inicial, energia livre da superfície do esmalte e desenvolvimento de nova membrana para engenharia de tecidos periodontais: estudo in vitro. 136 f. Tese (Doutorado em Ciências, área de concentração Saúde Bucal da Criança) – Faculdade de Odontologia, Universidade Estadual Paulista, Araçatuba, 2024.