Selective functionalization of electrospun fibres
| Autor(a) principal: | |
|---|---|
| Data de Publicação: | 2013 |
| Tipo de documento: | Dissertação |
| Idioma: | eng |
| Título da fonte: | Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos) |
| Texto Completo: | http://hdl.handle.net/10451/10724 |
Resumo: | Tese de mestrado integrado em Engenharia Biomédica e Biofísica, apresentada à Universidade de Lisboa, através da Faculdade de Ciências, 2013 |
| id |
RCAP_a9b4b87aa98f8474fc9f405e2dfbcd95 |
|---|---|
| oai_identifier_str |
oai:repositorio.ul.pt:10451/10724 |
| network_acronym_str |
RCAP |
| network_name_str |
Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos) |
| repository_id_str |
7160 |
| spelling |
Selective functionalization of electrospun fibresEngenharia biomédica e biofísicaEngenharia clínicaInstrumentação médicaTeses de mestrado - 2013Tese de mestrado integrado em Engenharia Biomédica e Biofísica, apresentada à Universidade de Lisboa, através da Faculdade de Ciências, 2013A engenharia de tecidos é uma área multidisciplinar da engenharia biomédica que articula conceitos da química, física, engenharia e medicina com o objetivo de recuperar ou substituir uma função perdida de determinado órgão ou tecido. Um dos principais desafios desta área da biotecnologia é a criação de matrizes tridimensionais biocompatíveis e biodegradáveis que sejam capazes de garantir um suporte físico e bioquímico adequado à regeneração celular. Assim, as características mecânicas, químicas e biológicas destas matrizes devem ser adaptadas ao ambiente celular que se pretende reproduzir, dando origem quer à resposta celular específica das células cultivadas na matriz, quer à otimização da resposta fisiológica do próprio organismo. Com efeito, dependendo da função a que se destina, as matrizes usadas em engenharia de tecidos variam tanto no biomaterial que lhes dá origem como na técnica de fabricação utilizada. As vantagens dos polímeros face aos outros materiais tais como biocompatibilidade, biodegradação, alta porosidade e boas propriedades mecânicas, tornam-nos no tipo de material mais utilizado na construção de matrizes tridimensionais. É o caso do copolímero PolyActive, já aprovado pela Food and Drug Administration (FDA) e utilizado em múltiplas aplicações em engenharia de tecidos, com especial destaque para a regeneração óssea. A versatilidade deste polímero está estreitamente relacionada com o rácio dos segmentos químicos que o constituem, um segmento hidrofílico de Politereftalato de etileno (PEOT) e outro hidrofóbico de Poli(tereftalato de butileno) (PBT), que ao ser modificado permite o controlo das propriedades mecânicas e químicas do material. Por outro lado, a eletrofiação é uma técnica de fabricação que tem crescido em termos de popularidade pois permite o fabrico de matrizes fibrosas capazes de simular detalhadamente a topografia das fibras de colagénio que compõem a matriz extracelular natural. Tendo tudo isto em conta, neste estudo foram construídas matrizes tridimensionais de PolyActive por eletrofiação capazes de modular e guiar a resposta celular a partir de recursos topográficos e bioquímicos. A topografia das matrizes foi controlada com a introdução de elétrodos capazes de influenciar o campo elétrico e, assim, alinhar as fibras de PolyActive durante o processo de eletrofiação, que ocorreu num ambiente controlado para garantir a reprodução das propriedades das fibras. Já a incorporação de biomoléculas na superfície das fibras foi conseguida a partir da investigação de duas estratégias distintas. Numa das abordagens, matrizes fibrosas de dois tipos de PolyActive (1000PEOT70PBT30 e 300PEOT55PBT45) foram expostas a irradiação ultravioleta (UV) com o objetivo de introduzir grupos químicos na superfície das fibras capazes de aumentar a adesão de biomoléculas. As diferenças entre superfícies tratadas e não tratadas com UV foram analisadas com recurso às técnicas de espetroscopia de infravermelho médio com transformada de Fourier acoplada ao acessório de reflexão total atenuada (ATR-FTIR) e de fotoeletrões excitados por raios X (XPS). Os resultados mostram que os grupos funcionais resultantes da interação da superfície das fibras com o UV dependem do rácio PEOT/PBT e do conteúdo de Polietilenoglicol (PEG) presente no copolímero. Assim, as fibras de 1000PEOT70PBT30 (PA 1000) apresentaram um grande número de grupos carboxilo e hidroxilo na sua superfície devido à degradação do segmento de PEOT e da sua grande cadeia polimérica de PEG após 40 minutos de exposição à radiação UV. Por sua vez, a matriz fibrosa de 300PEOT55PBT45 (PA 300), quando sujeita ao mesmo período de irradiação UV, originou p-benzoquinonas na superfície das suas fibras devido ao alto teor cristalino da sua estrutura. Em ambos os casos, o tratamento UV aumentou as áreas de adesão das proteínas oriundas do meio de cultura celular e por conseguinte a adesão celular tornou-se também mais eficiente. Porém, a resposta celular é dependente não só das características das matrizes, mas também da linha celular utilizada. Por exemplo, as células Schwann de rato mostraram não só preferência pelas áreas ativadas pelo UV, mas também se mostraram sensíveis a pequenas alterações do alinhamento das fibras resultantes das diferenças entre os dois copolímeros. Foi também utilizada uma máscara de níquel para controlar espacialmente a introdução de novos grupos químicos nas superfícies das matrizes fibrosas de PA 300 e PA 1000. A segunda estratégia apresentada consistiu na eletrofiação de fibras de PA 300 com grupos químicos incorporados para uma funcionalização posterior. Basicamente, uma solução polimérica composta por PA 300 e PEG com determinados grupos funcionais numa proporção 4:1 foi sujeita ao processo de eletrofiação, originando fibras de PA 300 com os grupos funcionais do PEG na sua superfície. Esta abordagem inovadora e inédita possibilitou a seleção dos grupos funcionais localizados na superfície das matrizes fibrosas e consequentemente o controlo do tipo de biomoléculas que vão aderir às fibras. Neste estudo foram utilizados dois tipos de PEG funcionalizado: PEG com terminais alcinos ((bis)PEG-Alkyne), que possibilitam a cicloadição azida-alcino com biomoléculas que tenham a função azida; e PEG com grupos terminais de N-hidroxisuccinimida ((bis)PEG-SVA), que facilitam a ligação com proteínas. As superfícies das matrizes de PA 300 + (bis)PEG-SVA e de PA 300 + (bis)PEG-Alkyne foram analisadas recorrendo às técnicas de ATR-FTIR e XPS. No primeiro caso, os resultados provaram a existência de N-hidroxisuccinimida na superfície das fibras, que depois foi confirmada com recurso a microscopia de fluorescência; relativamente às matrizes de PA 300 + (bis)PEG-Alkyne, apesar das técnicas de espectrometria não produzirem resultados conclusivos, foi possível confirmar a presença de alcinos na superfície das fibras a partir das imagens de microscopia de fluorescência. O sucesso da segunda abordagem permite abrir as portas ao aparecimento de novas metodologias de design e fabricação de matrizes biofuncionais, já que torna possível a simulação e controlo do ambiente bioquímico que influencia as respostas celulares de uma forma simples e eficiente.The principal objective of a new generation of tissue engineering scaffolds is to reproduce the spatial and biochemical microenvironmental characteristics of the natural extracellular matrix (ECM) with the purpose of modulating the cell response and consequently enhance tissue repair. There is an enormous variety of scaffolding approaches that highly depend on the biomaterial selection, on the fabrication technique used and on the specific function of the scaffold. In this study, bioactive electrospun scaffolds made of PolyActive (Poly(ethylene oxide terephthalate) / Poly(buylene terephthalate) (PEOT/PBT)) copolymer, capable of combining a spatially organized structure with bioactive factors, was developed. The design and fabrication strategies used to create the scaffolds allow the tailoring of the scaffold’s function by manipulating the introduction of specific chemical groups on its surface for further selective immobilization of complex biomolecules, resulting in the desired cell response. In one approach, the surface of both 300PEOT55PBT45 (PA 300) and 1000PEOT70PBT30 (PA 1000) electrospun fibres were modified via UV exposure, resulting in the introduction of specific functional groups able to improve the protein adsorption process and consequently increase the available areas for cell attachment. A spatial definition of protein adsorption was accomplished by exposing the fibres via patterned mask. An alternative strategy consisted of electrospinning PA 300 fibres with incorporated chemical groups for later functionalization. Alkyne and NHS-esters functional groups were successfully incorporated on the surface of the electrospun fibres via the introduction of specific PEG linkers ((bis)PEG-alkyne and (bis)PEG-SVA) in the electrospinning blend solution. This innovative methodology can be adopted for multiple tissue engineering applications since specific chemical groups can be introduced onto the surface of electrospun fibres, leading to a meticulous selection of the biochemical elements that will be adsorbed and consequently to a detailed control of the cell behaviour.Moroni, LorenzoFerreira, Hugo AlexandreRepositório da Universidade de LisboaGirão, André Francisco Oliveira2014-03-11T13:06:49Z20132013-01-01T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfhttp://hdl.handle.net/10451/10724TID:201291568enginfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)instname:Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãoinstacron:RCAAP2023-11-08T15:56:24Zoai:repositorio.ul.pt:10451/10724Portal AgregadorONGhttps://www.rcaap.pt/oai/openaireopendoar:71602024-03-19T21:34:39.425469Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos) - Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãofalse |
| dc.title.none.fl_str_mv |
Selective functionalization of electrospun fibres |
| title |
Selective functionalization of electrospun fibres |
| spellingShingle |
Selective functionalization of electrospun fibres Girão, André Francisco Oliveira Engenharia biomédica e biofísica Engenharia clínica Instrumentação médica Teses de mestrado - 2013 |
| title_short |
Selective functionalization of electrospun fibres |
| title_full |
Selective functionalization of electrospun fibres |
| title_fullStr |
Selective functionalization of electrospun fibres |
| title_full_unstemmed |
Selective functionalization of electrospun fibres |
| title_sort |
Selective functionalization of electrospun fibres |
| author |
Girão, André Francisco Oliveira |
| author_facet |
Girão, André Francisco Oliveira |
| author_role |
author |
| dc.contributor.none.fl_str_mv |
Moroni, Lorenzo Ferreira, Hugo Alexandre Repositório da Universidade de Lisboa |
| dc.contributor.author.fl_str_mv |
Girão, André Francisco Oliveira |
| dc.subject.por.fl_str_mv |
Engenharia biomédica e biofísica Engenharia clínica Instrumentação médica Teses de mestrado - 2013 |
| topic |
Engenharia biomédica e biofísica Engenharia clínica Instrumentação médica Teses de mestrado - 2013 |
| description |
Tese de mestrado integrado em Engenharia Biomédica e Biofísica, apresentada à Universidade de Lisboa, através da Faculdade de Ciências, 2013 |
| publishDate |
2013 |
| dc.date.none.fl_str_mv |
2013 2013-01-01T00:00:00Z 2014-03-11T13:06:49Z |
| dc.type.status.fl_str_mv |
info:eu-repo/semantics/publishedVersion |
| dc.type.driver.fl_str_mv |
info:eu-repo/semantics/masterThesis |
| format |
masterThesis |
| status_str |
publishedVersion |
| dc.identifier.uri.fl_str_mv |
http://hdl.handle.net/10451/10724 TID:201291568 |
| url |
http://hdl.handle.net/10451/10724 |
| identifier_str_mv |
TID:201291568 |
| dc.language.iso.fl_str_mv |
eng |
| language |
eng |
| dc.rights.driver.fl_str_mv |
info:eu-repo/semantics/openAccess |
| eu_rights_str_mv |
openAccess |
| dc.format.none.fl_str_mv |
application/pdf |
| dc.source.none.fl_str_mv |
reponame:Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos) instname:Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informação instacron:RCAAP |
| instname_str |
Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informação |
| instacron_str |
RCAAP |
| institution |
RCAAP |
| reponame_str |
Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos) |
| collection |
Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos) |
| repository.name.fl_str_mv |
Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos) - Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informação |
| repository.mail.fl_str_mv |
|
| _version_ |
1799134241602142208 |