Compósitos polímero/fosfato de cálcio para aplicações biomédicas

Abstract

Os avanços mais recentes em engenharia de tecidos baseiam-se na obtenção de matrizes porosas (scaffolds) que permitem a adesão, a proliferação e a distribuição das células. A obtenção de scaffolds de quitosano, tem merecido, ultimamente, um interesse particular devido ao facto deste polímero apresentar algumas características interessantes, nomeadamente a vantagem de ser solúvel em água, podendo ser facilmente convertido em scaffolds por processos de congelamento e liofilização das suas soluções. Alguns estudos têm mesmo sugerido o uso de scaffolds de quitosano para a preparação de implantes ósseos, visto que estes apresentam boas propriedades, quer de ordem estrutural, quer de ordem composicional. No entanto, para tais aplicações, existe o inconveniente deste polímero não ser bioactivo, o que implica a necessidade de se realizarem modificações superficiais ou de se optar pela sua incorporação em materiais compósitos em que a fase dispersa tenha propriedades bioactivas, opção esta que foi adoptada no presente trabalho. No trabalho que seguidamente se apresenta produziram-se scaffolds compósitos quitosano/brushite, por processos de congelamento e liofilização de suspensões de brushite em solução de quitosano. Estudou-se o efeito da variação de algumas condições experimentais, tendo-se observado que a alteração da proporção quitosano:brushite afecta as características microestruturais, nomeadamente o diâmetro médio de poro e a porosidade total dos scaffolds. Para além disso, algumas propriedades são também significativamente afectadas pelo aumento da concentração de brushite, tais como cristalinidade, densidade e comportamentos térmico e mecânicos. Realizaram-se também estudos do comportamento dos compósitos quitosano/brushite em soluções simuladoras do plasma humano (SBF). Os resultados obtidos mostraram que a presença de brushite confere ao material bioactividade, caracterizada pelo aparecimento de uma camada de hidroxiapatite à superfície. Demonstrou-se que o crescimento da camada apatítica envolve o consumo de iões cálcio e fosfato provenientes da solução de SBF, bem como da própria brushite. As características e bioactividade dos scaffolds quitosano/brushite obtidos no presente trabalho apontam-nos, pois, como materiais promissores para aplicações em engenharia de tecidos, nomeadamente na regeneração do tecido ósseo.

ABSTRACT: The recent advances in tissue engineering are based on porous scaffolds which behave as a template for promoting cells attachment, proliferation and migration. A particular interest has been focused on chitosan scaffolds due to some interesting properties of this polymer. Chitosan is a water soluble polymer that can easily be converted into porous scaffolds by freeze-drying its solutions. Due to its compositional and structural characteristics, chitosan scaffolds have been pointed out for bone implant applications. However, to overcome the absence of bioactivity, surface modifications may be required, or, alternatively, the addition of bioactive substances. This last possibility has been selected to be studied in the work here reported. In the present work, chitosan/brushite composite scaffolds were produced by freezedrying chitosan solutions containing brushite powder. The effect of some experimental parameters was studied. The obtained results showed that the variation of chitosan and brushite contents affects significantly the microstructure of the final scaffolds, mainly their porosity and average pore size. Moreover, some properties as crystallinity, density and thermal and mechanical behavior are also affected. The study of the behavior of the chitosan/brushite composite scaffolds immersed in simulated body fluid (SBF) was also undertaken. An apatite layer on the surface of the composite scaffolds after few aging days was observed, thus indicating their in vitro bioactivity. The apatite layer grows at the expense of calcium and phosphate ions supplied by the SBF and by the brushite dissolution. It may be thus concluded that the attractive properties of the chitosan/brushite composite scaffolds produced in the present work point out these materials as potential candidates for applications in bone tissue engineering.