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Title: Membranas à base de quitosano e polietilenoglicol com propriedades antibacterianas para a regeneração de tecidos
Author: Pereira, Inês Carolina Figueiredo
Advisor: Ferreira, José Maria da Fonte
Duarte, Ana Sofia Direito dos Santos
Keywords: Quitosano
Tecidos (Biologia)
Infecções por bactérias
Defense Date: 31-Oct-2017
Publisher: Universidade de Aveiro
Abstract: A prevenção de infeções microbianas associadas a dispositivos médicos implantáveis e a feridas superficiais representa uma das principais estratégias de investigação na área dos biomateriais. Assim, o desenvolvimento de materiais que promovam a regeneração de tecidos danificados e que ao mesmo tempo impeçam a proliferação de seres patogénicos constitui um importante desafio. Nesse sentido, o presente estudo reporta o desenvolvimento de uma membrana compósita de matriz de quitosano (QS) e polietilenoglicol (PEG), com a incorporação de partículas de fosfatos de cálcio (CaP), óxido de zinco (ZnO) e óxido de cobre (CuO). O CaP visa promover a osteocondução necessária para a regeneração óssea, enquanto os óxidos metálicos deverão conferir propriedades antimicrobianas às membranas. Os pós inorgânicos foram obtidos por síntese hidrotermal na presença de ureia como agente de precipitação. Os resultados de caraterização dos pós revelaram elevados níveis de pureza e de cristalinidade, e tamanhos de partícula nas escalas micro e nanométricas. A composição da matriz polimérica (QS/PEG=70/30%) mais adequada para a produção das membranas foi selecionada com base nos resultados de testes preliminares em que se avaliou a dependência da resistência mecânica à tração e capacidade de deformação, da proporção polimérica QS/PEG. O teor mais promissor de ZnO e CuO a incorporar nas membranas compósitas foi determinado através de ensaios antibacterianos contra dois tipos de bactérias, Gram-positiva e Gram-negativa. Verificou-se que a adição de 1 % em peso de cada um dos óxidos metálicos (relativamente à massa do QS) promoveu uma inibição satisfatória do crescimento de ambos os tipos de microrganismos testados. Os resultados da avaliação das outras propriedades relevantes destas membranas revelaram: (i) a formação de ligações entre os grupos amina do QS e os iões fosfato do CaP, aos quais, por sua vez, se podem ligar os catiões divalentes cálcio, zinco e cobre. Estas espécies catiónicas podem também estabelecer ligações com terminais desprotonados localizados nas porções amina e/ou hidroxilo da matriz polimérica; (ii) a resistência à tração e percentagem de deformação das membranas compósitas foi semelhante à da membrana obtida com a mesma matriz polimérica (QS/PEG=70/30%); (iii) a imersão em fluido fisiológico simulado (SBF) promoveu uma biodegradação gradual ao longo do tempo de imersão, acompanhada de uma contínua deposição de partículas de CaP que originou a formação de uma camada apatítica uniforme à superfície da membrana. A membrana compósita selecionada apresenta um conjunto de propriedades muito interessante, com aplicações potenciais na proteção de feridas superficiais, separação de tecidos moles e duros em cirurgias na área da medicina dentária, por exemplo, podendo ser também adequada para o revestimento de implantes ósseos, entre outras aplicações. Para o efeito será necessária a realização de estudos futuros mais aprofundados com vista a uma caraterização mais completa do material, nomeadamente, estudos de citotoxicidade in vitro que permitam apurar a sua biocompatibilidade.
The prevention of microbial infections associated with implantable medical devices and superficial wounds represents one of the main research strategies in the field of biomaterials. Thus, the development of materials that promote the regeneration of damaged tissues and at the same time prevent the proliferation of pathogens is an important challenge. In this sense, the present study reports on the development of a composite membrane of chitosan (QS) and polyethylene glycol (PEG) matrix incorporating particles of calcium phosphates (CaP), zinc oxide (ZnO) and copper oxide (CuO). CaP aims to promote osteoconduction necessary for bone regeneration, while metal oxides are expected to confer antimicrobial properties to the membranes. The inorganic powders were obtained by hydrothermal synthesis using urea as a precipitating agent. The results of characterization of the powders revealed high levels of purity and crystallinity, and particle sizes in the micro and nanometric scales. The composition of the polymer matrix (QS/PEG=70/30%) most suitable for the production of the membranes was selected based on the results of preliminary tests in which the dependence of the tensile strength and deformation ability on the QS/PEG ratio was evaluated. The most promising content of ZnO and CuO to be incorporated into the composite membranes was determined by antibacterial assays against two types of bacteria, Gram-positive and Gram-negative. It was found that the addition of 1% by weight of each metal oxide (relative to the mass of the QS) promoted satisfactory growth inhibition of both types of microorganisms tested. The results of the evaluation of the other relevant properties of these membranes revealed: (i) the formation of bonds between the QS amine groups and the phosphate ions of CaP, to which, in turn, can be bonded divalent calcium, zinc and copper cations. These cationic species can also bond to deprotonated portions that are located in amide and/or hydroxyl groups of the polymer matrix; (ii) the tensile strength and deformation percentage of the composite membranes was similar to the membrane obtained with the same polymer matrix (QS/PEG=70/30%); (iii) immersion in simulated physiological fluid (SBF) promoted a gradual biodegradation during the immersion time, accompanied by a continuous deposition of CaP particles that gave rise to a uniform apatite layer on the surface of the membrane. The selected composite membrane presents a very interesting set of properties, with potential applications in the protection of superficial wounds, and in separating soft and hard tissues in surgeries in the area of dental medicine, for example. The composite membrane may also be suitable as coating material for bone implants, among other applications. For this purpose, further studies will be required in order to obtain a more complete characterization of the material, in particular, in vitro cytotoxicity studies in order to determine its biocompatibility.
Description: Mestrado em Materiais e Dispositivos Biomédicos
URI: http://hdl.handle.net/10773/22051
Appears in Collections:DEMaC - Dissertações de mestrado
UA - Dissertações de mestrado

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