Estruturas tridimensionais de base natural com propriedades mecânicas/biológicas sinergéticas para engenharia de tecidos ósseos

Abstract

A engenharia de tecidos tem adotado diferentes estratégias na conceção de novos biomateriais, tendo como objetivo a procura de soluções que permitam mimetizar cada vez melhor as condições in-vivo, de modo a obter uma regeneração de tecidos funcionais acelerada. Uma das mais recentes estratégias consiste no desenvolvimento de estruturas porosas tridimensionais (3D), que servem como suportes temporários para a deposição de células, permitindo a sua adesão, proliferação e produção de matriz extracelular (MEC), que conduzirá à formação acelerada de novo tecido. Neste trabalho foram desenvolvidos biomateriais nanocompósitos a partir da estrutura 3D de espongina obtida a partir de um material natural, a esponja do mar (EM), com vista a uma potencial aplicação na área de regeneração óssea. O desenvolvimento destes materiais baseia-se no crescimento controlado de filmes finos de fosfatos de cálcio na matriz da EM através da imersão em diferentes soluções de fluido corporal simulado (SBF e 10xSBF). Para tal, foram utilizadas 2 abordagens: a primeira abordagem consistiu no crescimento de fosfatos de cálcio diretamente na superfície da matriz da EM; a segunda abordagem consistiu na modificação superficial prévia da matriz da EM através de diversos agentes promotores de nucleação (molecular, polieletrólitos e polímeros naturais) e posterior crescimento dos fosfatos de cálcio. Os materiais resultantes foram caracterizados em termos da sua estabilidade estrutural (testes de compressão estáticos e dinâmicos), morfologia (SEM e micro-CT) e composição química (EDS e FTIR). Os resultados obtidos mostraram que as amostras de EM modificadas com polímeros naturais imersas em solução de 10XSBF em agitação continua e á temperatura ambiente, apresentaram maior uniformidade e persistência do recobrimento de fosfatos de cálcio na sua superfície. Estudos de biocompatibilidade com osteoblastos mostraram elevada percentagem de viabilidade celular nas amostras com polímeros naturais e fosfatos de cálcio e uma elevada capacidade para promover a mineralização.

Tissue engineering has adopted different strategies in the design of new biomaterials, with the objective of finding solutions that allow to mimic each view better in vivoconditions, in order to obtain an accelerated functional tissue regeneration. One of the most recent strategies is the development of three-dimensional(3D)porous structures, which serve as temporary supports for the deposition of cells, allowing their adhesion, proliferation and production of extracellular matrix, thatwill lead to the accelerated formation of the new tissue. In this work, nanocomposite biomaterials were developed from natural materials, the 3D spongin structure obtained through the marinesponge, for a future application in the fieldof bone regeneration. The development of these materials is based on the controlled growth of a thin layerof calcium phosphates in the marine spongematrix through immersion in different solutions of simulated body fluid (SBF and 10xSBF). For that, 2 approaches were used: the first approach consisted of the growth of calcium phosphates directly on the surface of the marine spongematrix; the second approach consisted of the superficial modification of the marine spongematrix through several nucleation promoting agents (molecular, polyelectrolytes and natural polymers) and subsequent growth of calcium phosphates. The resultingmaterials were characterized in terms of their structural stability (static and dynamic compression tests), morphology (SEM and micro-CT) and chemicalcomposition (EDS and FTIR). The results obtainedwith the marine spongesamples modified with natural polymers immersed in a 10XSBF solution under continuous stirring and at room temperature, showedgreater uniformity and persistence of the calcium phosphate coating on its surface. Biocompatibility studies with osteoblasts have shown a high percentage of cell viability in samples with natural polymersand calcium phosphates and also ahigh capacity to promote mineralization.