Mineralization of PLGA nanofibers for periodontal tissue regeneration

Abstract

Periodontal diseases induce a loss of soft and hard tissues surrounding the teeth after inflammation. Defects created by the infection would be replaced by the synthetic scaffold allowing progressive tissue regeneration. Mineralized PLGA (poly(lactic-­‐co-­‐glycolic acid)) nanofibers developed by electrospinningor jet spraying techniques are efficient biomaterials to maintain temporarily a physical structure and to enhance biocompatibility for hard tissue regeneration. The aim of this work was to mineralize PLGA nanofibers by two different methods: Simulated Body Fluid (SBF) immersion and projection by jet spraying (JS). SBF method consists in soaking PLGA matrices intohigh ions concentrated solutions (SBFx1 or SBFx5) to deposit mineral layers. With the new JS technique, we target a formation of a nanocomposite of PLGA and hydroxyapatite nanoparticles (nHA): first with the help of a blend solution (PLGA + nHA) directly projected (JS) and then with a simultaneous co projection of PLGA solution and nHA suspension in water (Co-­‐JS). From material characterization perspective, samples produced by SBFx1 protocol showed a very weak mineral deposition, low crystalline sodium chloride whereas SBFx5 solutions allowed the formation of a consequent CaP mineral layer on electrospun PLGA matrices. SEM images allowed the observation of different mineral structures strongly depending on SBF concentration and immersion time. XRD patterns confirmed the presence of HA into JS PLGA matrices. Morphologically, JS scaffolds varied with the concentration of HA nanoparticles incorporated into the initial mixture. HA nanoparticles were successfully incorporated inside the polymer fibers with the first Jet spraying technique (JS) whereas nHAs were successfully deposited on the surface of the PLGA fibers with Co JS method.

A doença periodontal induz uma inflamação que pode levar à destruição dos tecidos de suporte do dente. A degradação provocada pela doença pode ser tratada com o recurso a suportes sintéticos que permitam a regeneração progressiva dos tecidos. As nanofibras de ácido polilactico co-­‐glicolico (PLGA), mineralizadas, produzidas por electrofiação ou pela técnica de pulverização por jacto, são biomateriais adequados para funcionarem como suporte físico temporário e assegurarem a biocompatibilidade necessária à regeneração de tecidos. O presente trabalho tem como objetivo o estudo da mineralização de nano-­‐fibras de PLGA para optimizar a regeneração de tecidos duros. São propostos dois métodos de mineralização: o método baseado no fluido fisiológico simulado (SBF) e o método baseado na pulverização por jacto (JS). A técnica de SBF consiste em mergulhar matrizes de PLGA, produzidas por electrofiação, numa solução concentrada de sais ao passo que a técnica de JS consiste em pulverizar uma suspensão preparada com nanopartículas de hidroxiapatite (Ca5(PO4)3(OH), HA) e uma solução polimérica. Os materiais produzidos foram caracterizados por difração de Raios-­‐ X e por microscopia electrónica de varrimento (MEV).Para as amostras processadas pela técnica de SBF os resultados de DRX evidenciaram a presença de fosfatos de cálcio de baixa ristalinidade, correspondentes à fase de hidroxiapatite. As imagens de MEV permitiram observar a formação de estruturas minerais fortemente dependentes do tempo de imersão. Nas matrizes de PLGA tratadas por JS, a DRX confirmou a presença de HA e a MEV revelou que a morfologia das amostras depende da concentração das nanopartículas de HA adicionadas à solução polimérica inicial. O método de SBF permitiu uma deposição superficial de fosfatos de cálcio ao passo que, pelo método de JS, foi possível incorporar nanopartículas de HA no seio da matriz polimérica. A combinação dos dois métodos parece pois ser uma técnica promissora para fabricar suportes mineralizados para regeneração de tecido periodontal.