Análises físico-químicas e biológicas de diferentes scaffolds à base de polihidroxibutirato e polihidroxibutirato-co-valerato

Abstract

Com a evolução no desenvolvimento de biomateriais, a utilização de matrizes tridimensionais (scaffolds), construídas a partir de impressão tridimensional (3DP), via SLS (selective laser sinterization) e por Extrusão de Filamentos, vêm ganhando bastante destaque no ramo da engenharia tecidual óssea. A possibilidade de impressão de modelos 3D, baseado em modelo virtual prévio, com forma, tamanho, e porosidade altamente controlados, assemelha o material ao osso perdido, favorecendo a reconstrução de defeitos ósseos em substituição aos autoenxentos, considerados “padrão ouro”. O objetivo deste trabalho foi caracterizar físico-química e biologicamente scaffolds à base de Poli(3-hidroxibutirato) (PHB), confeccionados por impressão 3D via SLS, revestidos com celulose bacteriana (CB), funcionalizados ou não com apatitas (HA) e/ou peptídeo de crescimento osteogênico (osteogenic growth peptide - OGP) (Estudo 1), assim como matrizes de Poli(hidroxibutirato-co-valerato) (PHBV) e PHBV-apatita radiopaca dopada com Lantânio (PHBV-La20OAP) confeccionadas por Extrusão de Filamentos (Estudo 2), com finalidade de regeneração óssea. Os resultados de caracterização físico-química por meio da MEV/EDS demonstraram que os scaffolds produzidos apresentaram composição química e arquitetura (forma e porosidade) adequadas. A resistência mecânica nos scaffolds de PHB não sofreu alteração significativa após o revestimento com CB; porém, teve redução com a adição de apatita. O lantânio promoveu um aumento do módulo de elasticidade das matrizes de PHBV. Experimentos para análise do comportamento biológico dos scaffolds demonstraram que estes permitiram a manutenção da viabilidade, proliferação e espraiamento celular semelhante em todos os grupos, com exceção do PHB(CB-HA)-OGP que demonstrou atraso na proliferação celular durante todos os períodos. Houve a formação de nódulos minerais pelas células sobre os scaffolds do Estudo 1 e 2. As matrizes pertencentes ao Estudo 2 permitiram a expressão pelas células de genes relacionados à mineralização óssea. Sendo assim, estes resultados, sugerem que os scaffolds avaliados nos Estudos 1 e 2 são promissores para a utilização em procedimentos de regeneração óssea.

With the evolution in the development of biomaterials, the use of three-dimensional matrices (scaffolds), constructed from three-dimensional printing (3DP) via SLS (selective laser sinterization) and Filament Extrusion are gaining a lot of attention in the field of bone tissue engineering. The possibility to print 3D models based on previous virtual models with highly controlled shape, size and porosity, makes the material similar to the lost bone and favours the reconstruction of bone defects in the replacement of autografts considered "gold standard". The aim of this study was to physicochemically and biologically characterize Poly (3-hydroxybutyrate) (PHB) scaffolds, made by 3D printing via SLS coated with bacterial cellulose, functionalized or not with apatite (HA) and / or osteogenic growth peptide– (OGP) (Study 1) and matrices of Poly (hydroxybutyrate-co-valerate) (PHBV) and PHBV-La containing radiopaque apatite (PHBV-La20OAP) made by filament extrusion (Study 2) for bone regeneration. Results from physicochemical characterization by SEM/EDS demonstrated that the all produced scaffolds presented appropriate chemical composition and architecture (shape and porosity). The mechanical strength of the PHB scaffolds was not significantly affected my CB coating but was reduced after apatite addition. The La allowed an increase in the elasticity modulus of PHBV matrices. Experiments for analysis of the biological behaviour of the scaffolds showed that they allowed the maintenance of the viability, proliferation and similar cell spreading in all groups, with exception to the PHB(CB-HA)-OGP, which showed delayed cell proliferation during all periods. Mineral nodules were produced by cells on all scaffolds from both studies. Matrices from Study 2 allowed the expression of genes related to bone mineralization. Therefore, these results suggest that scaffolds evaluated in Studies 1 and 2 are promising for use in bone regeneration procedures.