Fabrico de scaffolds porosos de vidro bioativo para regeneração óssea

Abstract

A Engenharia de Tecidos é um domínio multidisciplinar com o objetivo de desenvolver substitutos biológicos para a regeneração, reparação ou restauração de funções de órgãos ou tecidos. Os scaffolds são materiais porosos tridimensionais que servem de matrizes para a adesão e proliferação das células, bem como para a produção de matriz extracelular, idealmente, à taxa a que decorre a degradação do scaffold. A conceção de estruturas adequadas para suportar o restauro ou melhorar a função de tecidos é um dos maiores desafios da Engenharia de Tecidos. O presente estudo teve como objetivo a produção e caracterização de scaffolds de vidro bioativo, de composição molar 38.49% SiO2 – 36.07% CaO – 19.24% MgO – 5.61% P2O5 – 0.59% CaF2, utilizando um processo de fabrico aditivo, que teve por base a construção de objetos 3-D a partir de um modelo de desenho assistido por computador, utilizando a estratégia de fabrico camada a camada. Utilizou-se para tal um equipamento de deposição robótica (3D Inks, LLC, modelo EBRD-A32_-0_). O trabalho desenvolvido incluiu diferentes etapas, tais como: (i) preparação e caracterização reológica de suspensões concentradas à base de vidro bioativo em meio aquoso, estudo do dispersante mais adequado e da respetiva quantidade para a obtenção de uma suspensão suficientemente fluida e ao mesmo tempo concentrada em sólidos para minimizar as variações dimensionais ao longo do processo; (ii) estudo dos efeitos dos aditivos de processamento e das suas quantidades necessárias para transformarem a suspensão fluida numa pasta extrudível, com rigidez suficiente para manter a forma do filamento cilíndrico após a extrusão, e a caracterização reológica da tinta; (iii) fabrico dos scaffolds através da técnica de robocasting; e por fim (iv) a caracterização das estruturas obtidas quanto às propriedades morfológicas e mecânicas. Os resultados obtidos mostraram que o vidro bioativo permite a preparação de pastas com características reológicas adequadas para a deposição camada a camada por robocasting. Os scaffolds obtidos apresentam geometrias bem definidas e distribuições de poros uniformes, confirmando a adequabilidade da técnica para o fabrico de scaffolds porosos de vidro bioativo com estruturas apropriadas para aplicações nas áreas da Engenharia de Tecidos e da Medicina Regenerativa.

Tissue Engineering is a multidisciplinary field aiming at developing biological substitutes for regeneration and repair or restore functions of organs or tissues. The three-dimensional porous scaffolds serve as supports for cell attachment and proliferation as well as the production of extracellular matrix, ideally, at the same rate as scaffold degrades. The design of structures suitable to support the restoration or improve tissue function is one of the biggest challenges of Tissue Engineering. This study aimed to the production and characterization of bioactive glass scaffolds, with molar composition of 38.49% SiO2 – 36.07% CaO – 19.24% MgO – 5.61% P2O5 – 0.59% CaF2, using an additive manufacturing process, which was based on the construction of 3-D objects from a computer-assisted design model, using the manufacturing strategy of layer by layer. For such a robocasting machine (3D Inks, LLC, modelo EBRD-A32_-0_) was used. The work included different steps such as: (i) preparation and rheological characterization concentrated aqueous suspensions of bioactive glass, and study of the most effective dispersing agents and their respective amounts for obtaining a sufficiently fluid while high solids loaded suspension to minimize dimensional variations throughout the process; (ii) studying the effects of processing additives and their required amounts for transforming the fluid suspension into an extrudable paste with enough stiffness for the cylindrical filaments to maintain the shape after extrusion, and rheological characterization of the inks; (iii) manufacturing of the scaffolds through the robocasting technique; (iv) characterization of the 3-D structures obtained for their morphological and mechanical properties. The results obtained demonstrated that the bioactive glass allows the preparation of inks with appropriate rheological characteristics to be deposited layer by layer by robocasting. The resulting scaffolds exhibit well-defined geometries and uniform pore size distributions, confirming its suitability for the fabrication of porous bioactive glass scaffolds with appropriate structures for being applied in the areas of Tissue Engineering and Regenerative Medicine