Tese
Biocompósitos de xSiO2.(y-n)CaO.zP2O5.nCuO/PVA obtidos por tape casting aquoso: propriedades osteogênica e antibacteriana
xSiO2.(y-n)CaO.zP2O5.nCuO/PVA biocomposites obtained by aqueous tape casting: osteogenic and antibacterial properties
Registro en:
SANTOS, Silmara Caldas. Biocompósitos de xSiO2.(y-n)CaO.zP2O5.nCuO/PVA obtidos por tape casting aquoso: propriedades osteogênica e antibacteriana. 2021. 119 f. Tese (Doutorado em Ciência e Engenharia de Materiais) – Universidade Federal de Sergipe, São Cristóvão, 2021.
Autor
Santos, Silmara Caldas
Institución
Resumen
The guided bone regeneration (GBR) technique is characterized by the use of
barrier membranes to close critical bone defects, preventing the invasion of epithelial
cells and fibroblasts, complicating actors in the regenerative process. To increase the
bioactivity and mechanical properties of materials used as a GBR membrane, some
polymer-based biocomposites with bioactive ceramics as filler particles have been
developed. Among these, bioactive glass/polymer biocomposites have attracted a lot of
attention, since such materials have osteoconductivity. This is due to the presence of
bioactive glass, which has the ability to induce the formation of an apatite layer on the
surface very similar to the bone mineral phase. The current challenges in the production
of biomaterials for GBR are the development of more biocompatible, resorbable and
antibacterial systems, since these materials are more exposed to contamination. Thus,
the objective of this work was the preparation and characterization of poly(vinyl
alcohol) (PVA) polymeric matrix biocomposites and bioactive glass particles containing
copper capable of presenting both osteogenic and antibacterial properties, aiming
application in GBR. The biocomposites were obtained by aqueous tape casting using
PVA as polymer matrix and a bioactive glass obtained by sol-gel composition 60% SiO2
∙ (36-x)% CaO ∙ 4% P2O5 ∙ x% CuO, where x = 0 , 1 and 3% (mol %). The aqueous tape
casting process did not induce significant changes in the composition and structure of
bioactive glasses even after 28 h in contact with solvents. The presence of copper
decreased the swelling capacity of the biocomposites while inhibiting the increase in
degradation in aqueous media over time. Regardless of the copper content, a layer of
low crystallinity hydroxyapatite was precipitated on the surface of all samples after
immersion in simulated blood plasma (SBF), confirming the bioactivity of the
biocomposites. Although there were no evident effects on the adhesion of MG-63
osteoblastic cells, the presence of copper improved cell proliferation and decreased the
expression of alkaline phosphatase (ALP) by osteoblasts, compared to samples without
copper. Unlike osteoblastic cells, the membranes of Escherichia coli (Gram -) bacteria
were clearly damaged by the presence of copper, confirming its antibacterial effect.
These results demonstrated that the insertion of bioactive glass containing copper into
biocomposites added the antibacterial property so desirable in GBR barrier membranes
without compromising the osteogenic properties of the proposed system, which is,
therefore, a promising candidate for the GBR technique. Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES A técnica de regeneração óssea guiada (ROG) caracteriza-se pelo uso de
membranas de barreira para fechar defeitos ósseos críticos evitando a invasão de células
epiteliais e fibroblastos, atores complicadores no processo regenerativo. Para o aumento
da bioatividade e propriedades mecânicas de materiais usados como membrana de
barreira na ROG, alguns biocompósitos de base polimérica com cerâmicas bioativas
como partículas de carga, têm sido desenvolvidos. Dentre esses, os biocompósitos de
vidro bioativo/polímero têm atraído muita atenção, uma vez que tais materiais
apresentam ostecondutividade. Isso se deve à presença do vidro bioativo, que possui a
capacidade de induzir a formação de uma camada de apatita na superfície muito
semelhante à fase mineral óssea. Os desafios atuais na produção de biomateriais para
ROG consistem no desenvolvimento de sistemas mais biocompatíveis, reabsorvíveis e
antibacterianos. Assim, o objetivo desse trabalho foi a preparação e caracterização de
biocompósitos de matriz polimérica de poli (álcool vinílico) (PVA) e partículas de vidro
bioativo contendo cobre capaz de apresentar tanto propriedades osteogênicas quanto
propriedades antibacterianas, visando aplicação em ROG. Os biocompósitos foram
obtidos por tape casting de meio aquoso usando PVA como matriz polimérica e um
vidro bioativo obtido por sol-gel de composição 60% SiO2∙(36-x)% CaO∙4% P2O5∙x%
CuO, onde x = 0, 1 e 3% (% em mol). O processo de tape casting de meio aquoso não
induziu modificações significativas na composição e estrutura dos vidros bioativos
mesmo após 28 h em contato com os solventes. A presença do cobre diminuiu a
capacidade de intumescimento dos biocompósitos ao passo inibiu o aumento da
degradação em meio aquoso ao longo do tempo. Independentemente do teor de cobre,
uma camada de hidroxiapatita de baixa cristalinidade foi precipitada na superfície de
todas as amostras após imersão em plasma sanguíneo simulado (SBF), confirmando a
bioatividade dos biocompósitos. Apesar de não haver efeitos evidentes na adesão das
células osteoblásticas do tipo MG-63, a presença do cobre melhorou a proliferação
celular e diminuiu a expressão da fosfatase alcalina (ALP) pelos osteoblastos,
comparativamente às amostras sem cobre. Ao contrário das células osteoblásticas, as
membranas das bactérias do tipo Escherichia coli (Gram -) foram claramente
danificadas pela presença do cobre, confirmando seu efeito antibacteriano. Esses
resultados demonstraram que a inserção de vidro bioativo contendo cobre nos
biocompósitos adicionou a propriedade antibacteriana tão desejável em membranas de
barreira ROG sem comprometer as propriedades osteogênicas do sistema proposto, o
qual se mostra, portanto, um candidato promissor para a técnica de ROG. São Cristóvão