Scaffolds preparados por sol-gel para aplicações biomédicas

Abstract

O desenvolvimento de suportes porosos tridimensionais (scaffolds) com capacidade de interagiram com o organismo levando à formação do novo osso, a uma taxa igual à sua taxa de degradação, tem-se tornado num dos grandes desafios da Engenharia de tecidos. No presente trabalho desenvolveram-se scaffolds para aplicações em regeneração óssea, com vidros dos sistemas SiO2-CaO-TiO2 e SiO2- CaO-ZrO2, produzidos pelo método de sol-gel, utilizando dois tipos de surfactantes (Lauril Sulfato de Sódio e Óxido de Polietileno) como agentes formadores de poros. Estudou-se a influência do tipo e quantidade de surfactante utilizado, a introdução dos alcóxidos de zircónio e de titânio nos scaffolds e a bioatividade dos mesmos. O comportamento térmico dos surfactantes foi avaliado por análise térmica diferencial (ATD). Os scaffolds foram caracterizados morfologicamente, antes e após imersão em fluido fisiológico simulado (SBF), através de microscopia eletrónica de varrimento (SEM) e as áreas superficiais específicas dos scaffolds foram determinadas pelo método de adsorção física de gás de azoto (BET). A análise de espectroscopia de emissão por plasma induzido acoplado (ICP) foi realizada a fim de avaliar o comportamento bioativo dos scaffolds, bem como a sua dissolução em SBF. A utilização de um surfactante não iónico (PEO) como agente formador de poros, permitiu produzir scaffolds com características morfológicas mais interessantes que as dos produzidos com a introdução de um surfactante aniónico (SLS). Os primeiros exibiram uma rede de macroporos homogénea e interligada, com macroporos de maiores dimensões (>50μm), bem como valores de áreas superficiais mais elevados (262m2/g). Verificou-se ainda que os scaffolds do sistema SiO2-CaO-ZrO2 apresentaram valores significativamente maiores de áreas superficiais do que os scaffolds produzidos a partir do sistema SiO2-CaO-TiO2, exibindo por isso, uma maior capacidade de formação da camada apatítica. Os testes de bioatividade revelaram que todos os scaffolds apresentaram a formação de uma camada de fosfato de cálcio na sua superfície, assim como uma taxa de degradação constante, mostrando assim o elevado potencial destes materiais para aplicação no campo da regeneração óssea.

The development of three-dimensional porous structures (scaffolds) with ability to interact with the body leading to the formation of new bone at a rate equal to its own rate of degradation, has become a major challenge in tissue engineering. In the present study the scaffolds for bone regeneration applications were developed, within the glass systems SiO2-CaO-TiO2 and SiO2- CaO-ZrO2 produced by sol-gel method using two types of surfactants (sodium lauryl sulphate, SLS, and polyethylene oxide, PEO) as poreforming agents. The study was focused on the influence of the type and amount of surfactant used, the introduction of alkoxides of zirconium and titanium and the bioactivity of the scaffolds. The thermal behavior of surfactants was evaluated by differential thermal analysis (DTA). The scaffolds were characterized morphologically, before and after immersion in simulated body fluid (SBF), using scanning electron microscopy (SEM) and specific surface area of scaffolds were determined by physical adsorption of nitrogen gas (BET). The analysis by emission spectroscopy induced coupled plasma (ICP) was carried out to evaluate the performance of the bioactive scaffolds and their dissolution in SBF. The use of a nonionic surfactant (PEO) as a pore-forming agent, allowed the production of scaffolds with morphological characteristics more interesting that the ones produced by the introduction of an anionic surfactant (SLS). The former showed a homogeneous network of macropores interconnected and with larger macropores (> 50μm) as well as higher values of surface area (262m2 / g). In addition, it was also found that the scaffolds of the system SiO2-CaO-ZrO2 showed significantly greater surface areas than the scaffolds produced from the system SiO2-CaO-TiO2, showing therefore a greater ability to interact with the surrounding medium and form an apatitic layer. The bioactivity tests showed that all scaffolds exhibited the formation of a layer of calcium phosphate on their surface, and a constant degradation rate, thus showing the high potential of applying these materials in the field of bone regeneration.