Grânulos porosos para regeneração óssea e libertação controlada de fármacos

Abstract

Biomateriais são todos os tipos de materiais capazes de interagir com sistemas biológicos para tratar, fortalecer ou substituir um tecido, um órgão ou uma função corporal. A necessidade de desenvolver novos biomateriais, produtos e técnicas cirúrgicas tem vindo a crescer de forma contínua. Recentemente, os grânulos porosos têm recebido especial atenção na área da investigação bem como a nível industrial. No trabalho desenvolvido na presente tese, produziram-se grânulos porosos esféricos, através da combinação de dois métodos, nomeadamente, a introdução de um agente porogénico e a gelatinização ionotrópica, a partir de pós de fosfatos de cálcio dopados com magnésio e estrôncio. Estudou-se o efeito da variação de algumas condições experimentais, tendo-se observado que a introdução dos iões dopantes na composição dos fosfatos de cálcio alterou as características físico-químicas dos grânulos. O trabalho realizado incluiu também a incorporação de uma molécula terapêutica nos grânulos porosos, a levofloxacina. Dos resultados obtidos verificou-se que os grânulos dopados com estrôncio foram os que apresentaram o melhor perfil de libertação. Para a avaliação do comportamento in vitro dos materiais desenvolvidos, realizaram-se estudos de imersão dos grânulos porosos numa solução simuladora do plasma humano, e os resultados obtidos mostraram a formação rápida de uma camada superficial de apatite. Os grânulos foram testados em linhas celulares pré-osteoblásticas e foram avaliadas a viabilidade/proliferação das células, a secreção de fosfatase alcalina e a morfologia destas. Estes ensaios mostraram que os grânulos induzem a maturação celular. Considerando as características microestruturais e o desempenho in vitro dos grânulos obtidos neste trabalho, estes podem apontar-se como materiais promissores para aplicações em engenharia de tecidos, nomeadamente na regeneração do tecido ósseo e na libertação controlada de fármacos.

Biomaterials are all kinds of materials capable of interacting with biological systems to treat, strengthen or replace a tissue, an organ or a bodily function. The need to develop new biomaterials, surgical techniques and products has been growing steadily. Recently, porous granules have received special attention in research and at industrial level. In this thesis were produced spherical porous granules, through a combination of two methods, namely the introduction of a porogenic agent and the ionotropic gelation, from calcium phosphate powders doped with magnesium and strontium. The effect of different experimental conditions was studied and it was observed that the introduction of the doping ions into the calcium phosphates composition changed the physical and chemical characteristics of the granules. This work also included the incorporation of a therapeutic molecule in porous granules, levofloxacin. From the obtained results it can be noted that the strontium doped granules had the best release profile. To evaluate the in vitro behaviour of the developed materials, immersion studies of the porous granules in a solution that simulates the human plasma were performed, and the results showed the rapid formation of an apatitic surface layer. The granules were tested in pre-osteoblastic cell lines and the cells viability/proliferation, secretion of alkaline phosphatase and morphology were evaluated. These experiments showed that the granules induce cell maturation. Considering the microstructural characteristics and the in vitro performance of the granules obtained in this work, they can be pointed as promising materials for applications in tissue engineering, particularly in bone tissue regeneration and in controlled drug delivery.