Síntese e caracterização de fosfatos de cálcio dopados com cobalto: potencial biomimético para regeneração óssea - Almeida, Gerson Santos de [UNESP] (Universidade Estadual Paulista (Unesp), 2024)
A síntese de monetita dopada com cobalto (CoCaP) foi realizada pelo método de co-precipitação, com um teor nominal de cobalto entre 2 a 20%. As amostras foram submetidas a uma caracterização estrutural por meio de difração de raios-X (DRX), espectroscopia de infravermelho por transformada de Fourier (FTIR), microscopia eletrônica de varredura (MEV) e espectroscopia de raios-X por dispersão de energia (EDS). Análises estruturais detalhadas confirmaram o sucesso da síntese e revelaram alterações estruturais distintas devido à dopagem com cobalto. Os resultados de DRX mostraram que as amostras dopadas com Co exibiam uma fase única de monetita, com parâmetros de célula e tamanho de cristalito dependentes da quantidade de cobalto incorporada. Ensaios de viabilidade e adesão celular não mostraram toxicidade, enquanto a análise de expressão gênica por RTqPCR indicou diferenças significativas nos genes associados ao fenótipo osteoblástico, sugerindo um potencial para regeneração óssea. Posteriormente, avançamos na resposta biológica da CoCaP e mostramos seu desempenho na migração de osteoblastos, indicando um potencial para acelerar a cicatrização óssea, enquanto uma regulação positiva de genes relacionados a quinases dependentes de ciclinas (CDKs) foi observada. Por fim, para seu uso como recobrimento de titânio, investigamos os revestimentos de monetita e CoCaP em titânio comercialmente puro (Ti-c.p.). Os revestimentos apresentaram rugosidade superficial pronunciada e hidrofilia inerente à biocompatibilidade, influenciando positivamente a morfologia celular e a qualidade desta interação célula-material, o que pode ser confirmado através de análises de expressão gênica requerendo genes distinguidos à osteogênese e remodelação da matriz extracelular. Em suma, esta tese demonstra o potencial da monetita dopada com cobalto como um material biomimético para regeneração óssea, destacando sua capacidade de imitar o ambiente de cicatrização do osso, promover a diferenciação e atividade osteoblástica, e melhorar a osseointegração de dispositivos médicos. Esses resultados oferecem perspectivas promissoras para futuras aplicações clínicas e avanços na engenharia de biomateriais para medicina regenerativa

The synthesis of cobalt-doped monetite (CoCaP) was performed by the co-precipitation method, with a nominal cobalt content ranging from 2 to 20%. The samples underwent structural characterization through X-ray diffraction (XRD), Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), scanning electron microscopy (SEM), and energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS). Detailed structural analyses confirmed the success of the synthesis and revealed distinct structural alterations due to cobalt doping. XRD results showed that Co-doped samples exhibited a single phase of monetite, with cell parameters and crystallite size dependent on the amount of incorporated cobalt. Viability and cell adhesion assays showed no toxicity, while RT-qPCR analysis indicated significant differences in genes associated with the osteoblastic phenotype, suggesting potential for bone regeneration. Subsequently, we further explored the biological response of CoCaP, demonstrating its performance in osteoblast migration, indicating potential for accelerating bone healing, while a positive regulation of cyclin-dependent kinase (CDK)-related genes was observed. Finally, for its use as a coating on titanium, we investigated the coatings of monetite and CoCaP on commercially pure titanium (Ti-c.p.). The coatings exhibited pronounced surface roughness and inherent hydrophilicity conducive to biocompatibility, positively influencing cellular morphology and the quality of this cell-material interaction, as confirmed through gene expression analyses requiring genes distinguished in osteogenesis and extracellular matrix remodeling. In summary, this thesis demonstrates the potential of cobalt-doped monetite as a biomimetic material for bone regeneration, highlighting its ability to mimic the bone healing environment, promote osteoblastic differentiation and activity, and improve the osseointegration of medical devices. These results offer promising prospects for future clinical applications and advancements in biomaterial engineering for regenerative medicine.
Synthesis and characterization of cobalt-doped calcium phosphates: biomimetic potential for bone regeneration
Keywords: Monetita dopada com cobalto; Biomimético; Regeneração óssea; CoCaP