Biofabricação 3D: obtenção de scaffolds de blendas biodegradáveis contendo fosfatos de cálcio para medicina regenerativa de tecidos

Abstract

Fatores como envelhecimento, violência e anomalias diversas podem acarretar uma demora maior de cicatrização de fraturas ósseas. Com isso faz-se necessário o desenvolvimento de biomateriais sintéticos que possam ser empregados como enxertos ósseos para auxiliar não somente na reparação tecidual, mas também quanto a promover um melhor o custo-benefício para essa intervenção cirúrgica. Devido a esses fatores e incluídos no grupo das biocerâmicas, encontram-se os derivados de fosfato de cálcio, muito utilizados em aplicações médicas por sua similaridade química com a composição inorgânica dos tecidos duros e serem bioativos. Dentre esses derivados têm-se os pirofosfatos de cálcio (P2O7, CPP) e fosfatos tricálcicos (Ca3(PO4)2, TCP), obtidos pela condensação das estruturas hidrogenofosfatos em ambientes químicos ricos em íons fosfato (PO43- ) e íons cálcio (Ca2+), respectivamente. Assim, foram avaliadas através de técnicas como DRX, RAMAN e FTIR que dentre todos os grupos sintetizados, as amostras B1-liof-1150 (β-CPP), A2-900 e A3-900 (β-TCP) foram as biocerâmicas obtidas com maior pureza. Contudo, devido a lacuna científica relacionada com os pirofosfatos de cálcio, a amostra B1-liof-1150 foi considerada o biomaterial mais promissor a ser utilizado na enxertia óssea para a tese. Por causa das limitações quanto a baixa resistência mecânica em geral de CPP, foi proposto a associação dessas biocerâmicas com diferentes matrizes poliméricas, tais como policaprolactona (PCL), Poli(ácido lático) PLA, Alginato e celulose bacteriana para melhorar tal propriedade. Destacou-se com isso a fabricação dos designados Scaffolds 3D, formados pela combinação dessas matrizes com B1-liof-1150. A partir de técnicas como MEV, EDX e ensaios mecânicos, os diferentes Scaffolds 3D obtidos foram avaliados. Para além disso, eficiência dos Scaffolds 3D de β-CPP e alginato foram testadas utilizando ensaios de viabilidade celular em células ósseas precursoras, onde foi observado a proliferação e ancoramento das mesmas. Por fim, concluiu-se que a escolha de biomateriais sintéticos a base de fosfato de cálcio pode apresentar um melhor custo-benefício seja âmbito da morbidade, da segurança, do tempo de tratamento e financeiro.

Factors such as aging, violence and various anomalies can lead to a longer healing time for bone fractures. With this, it is necessary to develop synthetic biomaterials that can be used as bone grafts to help not only in tissue healing, but also in promoting a better cost benefit for this surgical intervention. Due to these factors and included in the group of bioceramics, there are the derivatives of calcium phosphate, widely used in medical applications due to their chemical similarity with the inorganic composition of hard tissues and their bioactive nature. Among these derivatives are calcium pyrophosphates (P2O7, CPP) and tricalcium phosphates (Ca3(PO4)2, TCP), obtained by the condensation of hydrogen phosphate structures in chemical environments rich in phosphate ions (PO43- ) and calcium ions (Ca2+), respectively. Thus, they were evaluated through techniques such as XRD, RAMAN and FTIR and among all the synthesized groups, the samples B1-liof-1150 (β-CPP), A2-900 and A3-900 (β-TCP) were the bioceramics obtained with greater purity. However, due to the scientific gap related to calcium pyrophosphates, the B1-liof-1150 sample was considered the most promising biomaterial to be used for bone graft in the thesis. Due to the limitations regarding the general low mechanical resistance of CPP, the association of these bioceramics with different polymer matrices, such as PCL, PLA, Alginate and bacterial cellulose, was proposed to improve this property. With that, the manufacture of the well-known as 3D Scaffolds, formed by the combination of these matrices with B1-liof-1150, stood out. Using techniques such as SEM, EDX and mechanical tests, the different 3D Scaffolds obtained were evaluated. Furthermore, efficiency of β-CPP and alginate 3D Scaffolds were tested using cell viability assays in bone precursor cells, where their proliferation and anchoring was observed. Finally, it is concluded that the choice of synthetic biomaterials based on calcium phosphate can be more cost-effective in terms of morbidity, safety, treatment time and finances.