Scaffolds à base de polímeros piezoeléctricos para regeneração óssea

• Autor(a) principal: Barroca, Natália Braz
• Data de Publicação: 2008
• Tipo de documento: Dissertação
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)
• Texto Completo: http://hdl.handle.net/10773/2284
• topic: Engenharia biomédica; Biomateriais; Materiais porosos; Materiais bioactivos; Polímeros piezoeléctricos

Um dos grandes desafios no campo da engenharia de tecidos é o desenvolvimento de estruturas porosas tridimensionais (scaffolds) que permitam a adesão, a proliferação e a produção de matriz extracelular à taxa a que decorre a degradação do scaffold. Os scaffolds compósitos de matriz polimérica com enchimentos cerâmicos bioactivos têm sido objecto de investigação recente, pois combinam as vantagens destes dois tipos de materiais e mimetizam razoavelmente o osso, que é um compósito natural. Neste trabalho, foram preparados scaffolds compósitos usando o ácido poli (Lláctico) (PLLA) como matriz e um vidro bioactivo (BG) do sistema 3CaO.P2O5- MgO-SiO2 como enchimento inorgânico. O PLLA foi escolhido por ser um polímero sintético biodegradável, biocompatível e também piezoeléctrico à semelhança do osso, propriedade que tem sido apontada como responsável pela regulação do crescimento ósseo. Por sua vez, a composição vítrea seleccionada evidenciou, em estudos anteriores, a capacidade de induzir a precipitação de apatite, responsável pela bioactividade. Os scaffolds foram preparados por separação de fases termicamente induzida (TIPS) de soluções de 5.5% (m/m) PLLA/dioxano/água variando o teor de biovidro de 0 a 50% (m/m), o peso molecular do PLLA e o tempo de separação de fases. A adição crescente de biovidro mostrou influenciar o desenvolvimento da morfologia dos scaffolds, verificando-se o aumento do tamanho de poro com a adição de biovidro. O efeito do biovidro sobre a morfologia dos scaffolds foi relacionado com a solubilidade do vidro, atribuindo-se as variações na cinética de separação de fases às alterações que os iões lixiviados produzem na tensão interfacial entre as fases rica e pobre em polímero. Mostrou-se também que o biovidro actua como um agente nucleante na cristalinidade final da matriz de PLLA. O potencial carácter bioactivo dos scaffolds foi igualmente provado pela formação de uma camada apatítica à sua superfície após imersão em SBF. O efeito da polarização do PLLA sobre a adsorção de proteinas foi investigado. Para isso, foram preparados filmes finos de PLLA com diferentes graus de cristalinidade e usada a microscopia de força piezoeléctrica para manipular os dipolos do PLLA criando zonas polarizadas com diferentes polaridades. Mostrou-se, por microscopia de força atómica em meio líquido, que a adsorção de proteinas é largamente promovida pela polarização. Foi sugerido que a promoção da adsorção de proteinas, devido à polarização, na superfície dos polímeros piezoeléctricos poderia constituir o primeiro mecanismo do fenómeno da indução do crescimento ósseo. ABSTRACT: One of the main challenges in tissue engineering field is the development of three-dimensional scaffolds designed to allow cells to proliferate and secrete their own extracellular matrix while the scaffold gradually degrades. Recently, biopolymer/ceramic composite scaffolds have been investigated because they combine the advantages of these two types of materials and reasonably mimic the bone, which is a natural composite. In the present work, we prepared macroporous composite scaffolds using poly- L-lactic acid (PLLA) as the polymeric matrix and a bioactive glass (BG) from the 3CaO.P2O5-MgO-SiO2 system as the inorganic filler. PLLA was chosen because it is a synthetic biodegradable, biocompatible polymer which is additionally piezoelectric, similarly to bone, a property that has been implicated as responsible for bone growth regulation. The selected glass composition has previously shown the capability to induce apatite precipitation, assumed to be responsible for bioactivity. Composite scaffolds have been developed via a thermally induced phase separation (TIPS) of 5,5 wt% PLLA/dioxane/water solutions varying the BG content (0 to 50wt%), the molecular weight of PLLA and the time of phase separation. The addition of the bioactive glass has shown to act as a porogen increasing in a large extent the pore size of the scaffold. The effect of the glass content on the scaffold morphology was related to the glass surface solubility. The changes in the phase separation kinetics were attributed to the changes produced by the leached ions on the interfacial tension between polymer-rich and polymer-poor phases. The experiments also revealed that bioactive glass acted as a nucleating agent of the PLLA matrix promoting its crystallization. The in vitro bioactive character of the scaffolds was confirmed by the formation of an apatite layer on the surface of the scaffolds after immersion in synthetic plasma. The effect of polarization of PLLA on protein adsorption was also investigated. For this purpose, PLLA thin films with different crystallinity degrees were prepared and piezoresponse force microscopy was used to manipulate dipoles in order to generate polarized areas with different polarities. Observation by atomic force miscroscopy in liquid has shown that protein adsorption is widely promoted by the polarization. It was suggested that the polarization induced enhanced protein adsorption could be the first happening in the bone growth induction phenomenom.