O principal objetivo deste trabalho foi a preparação e a caracterização de mantas obtida na mistura de colágeno aniônico e HA particulada para aplicação como biomaterial, com a finalidade de minimizar os problemas de espalhamento que ocorre com as biocerâmicas convencionais. Sua principal vantagem é a fácil manipulação para fins de reconstrução de tecido ósseo. Os materiais de partida utilizados foram colágeno aniônico extraído do tendão bovino, hidroxiapatita não estequeométrica (nHA) e Osteosynt (40-60 rnesh)- HA e, a partir destes materiais, três tipos de cornpósitos na forma de mantas foram preparados pela mistura colágeno aniônico: HA, colágeno aniônico:nHA, colágeno aniônico:HA:nHA. A HA e nHA também foram submetidas a análise da razão Ca/P por espectrofotometria de absorção atômica para a determinação de cálcio e espectofotometria de UV no visível para fósforo. Análise da razão cálcio/fósforo para nHA e HA indicou que a hidroxiapatita sintetizada é deficiente em cálcio, com razão Ca/P de 1,58 comparada com HA de razão Ca/P de 1,67. Segundo os resultados de caracterização por IV, DSC e DRX dos materiais de partida e das mantas, no caso, da HA e da nHA, o IV e o DRX mostraram características similares às da literatura e os de DSC indicaram que o processo de mistura para se obter as mantas não induz a desnaturação da estrutura do colágeno. O DRX e IV mostraram que as características originais da HA e nHA bem como a do colágeno permaneceram. / The major aim of this work is the preparation and characterization of composites obtained by mixture of anionic collagen and powdered HA for the use as biomaterial, in order to minimize scattering problems which are common in conventional bioceramics. The main advantage of this composite is the easy handling in the bone reconstruction. The used materials were anionic collagen extracted of bovine tendon, non-stoichometric hydroxyapatite (n-HA) and Osteosynt® ( 40-60 mesh)-HA. Using these materials, we obtained three composites by mixing anionic collagen:HA, anionic collagen:n-HA and anionic collagen:HA:n-HA. All materials were characterized by infrared spectroscopy (FTIR), Differential Scanning Calorimetry (DSC) and X-Ray Difraction (XRD). The Ca/P ratio was obtained for HA and n-HA, using atomic absorption for calcium determination and UV-Vis spectrofotometry for phosphorus. The Ca/P ratio indicated that synthesized hydroxyapatite is calcium deficient (1.58) as compared with commercial HA Ca/P ratio (1.67). The characterization results obtained by IV and XRD showed similar characteristics to the literature and DSC data indicated that the process mixing to obtain composites did not induce collagen denaturation. XRD and IV data showed that original characteristics of HA and n-HA were maintened.

O principal objetivo deste trabalho foi a preparação e a caracterização de mantas obtida na mistura de colágeno aniônico e HA particulada para aplicação como biomaterial, com a finalidade de minimizar os problemas de espalhamento que ocorre com as biocerâmicas convencionais. Sua principal vantagem é a fácil manipulação para fins de reconstrução de tecido ósseo. Os materiais de partida utilizados foram colágeno aniônico extraído do tendão bovino, hidroxiapatita não estequeométrica (nHA) e Osteosynt (40-60 rnesh)- HA e, a partir destes materiais, três tipos de cornpósitos na forma de mantas foram preparados pela mistura colágeno aniônico: HA, colágeno aniônico:nHA, colágeno aniônico:HA:nHA. A HA e nHA também foram submetidas a análise da razão Ca/P por espectrofotometria de absorção atômica para a determinação de cálcio e espectofotometria de UV no visível para fósforo. Análise da razão cálcio/fósforo para nHA e HA indicou que a hidroxiapatita sintetizada é deficiente em cálcio, com razão Ca/P de 1,58 comparada com HA de razão Ca/P de 1,67. Segundo os resultados de caracterização por IV, DSC e DRX dos materiais de partida e das mantas, no caso, da HA e da nHA, o IV e o DRX mostraram características similares às da literatura e os de DSC indicaram que o processo de mistura para se obter as mantas não induz a desnaturação da estrutura do colágeno. O DRX e IV mostraram que as características originais da HA e nHA bem como a do colágeno permaneceram. / The major aim of this work is the preparation and characterization of composites obtained by mixture of anionic collagen and powdered HA for the use as biomaterial, in order to minimize scattering problems which are common in conventional bioceramics. The main advantage of this composite is the easy handling in the bone reconstruction. The used materials were anionic collagen extracted of bovine tendon, non-stoichometric hydroxyapatite (n-HA) and Osteosynt® ( 40-60 mesh)-HA. Using these materials, we obtained three composites by mixing anionic collagen:HA, anionic collagen:n-HA and anionic collagen:HA:n-HA. All materials were characterized by infrared spectroscopy (FTIR), Differential Scanning Calorimetry (DSC) and X-Ray Difraction (XRD). The Ca/P ratio was obtained for HA and n-HA, using atomic absorption for calcium determination and UV-Vis spectrofotometry for phosphorus. The Ca/P ratio indicated that synthesized hydroxyapatite is calcium deficient (1.58) as compared with commercial HA Ca/P ratio (1.67). The characterization results obtained by IV and XRD showed similar characteristics to the literature and DSC data indicated that the process mixing to obtain composites did not induce collagen denaturation. XRD and IV data showed that original characteristics of HA and n-HA were maintened.

Cimentos ósseos são materiais desenvolvidos há aproximadamente uma década para aplicações biomédicas. Um cimento deste tipo pode ser preparado misturando um sal de fosfato de cálcio com uma solução aquosa para que se forme uma pasta que possa reagir à temperatura corporal dando lugar a um precipitado que contenha hidroxiapatita [Ca10(PO4)6(OH)2]. A similaridade química e morfológica entre este biomaterial e a parte mineral dos tecidos ósseos permite a osteocondução, sendo o cimento substituído por tecido ósseo novo com o tempo e com a vantagem de não desencadear rejeição. Estes cimentos são usados principalmente para as operações de preenchimento ósseo, que requer operações cirúrgicas extremamente invasivas. O desafio atual é colocar este biomaterial no local de enxerto pelo método menos agressivo possível. A inovação consiste em formular composição de cimento ósseo injetável pela incorporação de aditivos. No entanto, propriedades como reduzido tempo de cura, limitada dissolução em meio líquido e resistência mecânica adequada ao local do enxerto devem ser preservadas. Neste estudo, foram abordados oito diferentes aditivos que foram incorporados ao fosfato tricálcico [Ca3(PO4)2] sintetizado, juntamente com a solução do acelerador de cura (2,5%massa de Na2HPO4 dissolvido em água destilada): CMC (carboximetilcelulose), polímero de AGAR (polissacarídeo de algas vermelhas), alginato de sódio, quitosana (fibra natural derivada da quitina), pirofosfato de sódio, lignosulfonato de sódio (polissacarídeo de algas marrons), glicerina e ácido láctico nas concentrações 0,4%; 0,8%; 1,6%; 3,2%; 6,4% em massa. Os resultados demonstraram que foi possível obter composições de cimento de fosfato de cálcio injetáveis para uso biomédico. Constatou-se uma relação de proporcionalidade direta entre a injetabilidade do cimento e tempo de injeção, sendo a injetabilidade dependente do comportamento reológico das pastas. Todas formulações testadas seguiram a mesma tendência de redução da resistência mecânica à compressão e aumento da porosidade com o aumento da quantidade de aditivo incorporado. Verificou-se que as formulações com 1,6% de carboxi-metil-celulose, 1,6% de AGAR e 0,8% de alginato de sódio, permitiram a obtenção de uma viscosidade suficiente para uma boa homogeneização e injeção, apresentando ao final da cura resistência mecânica à compressão semelhante ao do osso esponjoso.

Cimentos ósseos são materiais desenvolvidos há aproximadamente uma década para aplicações biomédicas. Um cimento deste tipo pode ser preparado misturando um sal de fosfato de cálcio com uma solução aquosa para que se forme uma pasta que possa reagir à temperatura corporal dando lugar a um precipitado que contenha hidroxiapatita [Ca10(PO4)6(OH)2]. A similaridade química e morfológica entre este biomaterial e a parte mineral dos tecidos ósseos permite a osteocondução, sendo o cimento substituído por tecido ósseo novo com o tempo e com a vantagem de não desencadear rejeição. Estes cimentos são usados principalmente para as operações de preenchimento ósseo, que requer operações cirúrgicas extremamente invasivas. O desafio atual é colocar este biomaterial no local de enxerto pelo método menos agressivo possível. A inovação consiste em formular composição de cimento ósseo injetável pela incorporação de aditivos. No entanto, propriedades como reduzido tempo de cura, limitada dissolução em meio líquido e resistência mecânica adequada ao local do enxerto devem ser preservadas. Neste estudo, foram abordados oito diferentes aditivos que foram incorporados ao fosfato tricálcico [Ca3(PO4)2] sintetizado, juntamente com a solução do acelerador de cura (2,5%massa de Na2HPO4 dissolvido em água destilada): CMC (carboximetilcelulose), polímero de AGAR (polissacarídeo de algas vermelhas), alginato de sódio, quitosana (fibra natural derivada da quitina), pirofosfato de sódio, lignosulfonato de sódio (polissacarídeo de algas marrons), glicerina e ácido láctico nas concentrações 0,4%; 0,8%; 1,6%; 3,2%; 6,4% em massa. Os resultados demonstraram que foi possível obter composições de cimento de fosfato de cálcio injetáveis para uso biomédico. Constatou-se uma relação de proporcionalidade direta entre a injetabilidade do cimento e tempo de injeção, sendo a injetabilidade dependente do comportamento reológico das pastas. Todas formulações testadas seguiram a mesma tendência de redução da resistência mecânica à compressão e aumento da porosidade com o aumento da quantidade de aditivo incorporado. Verificou-se que as formulações com 1,6% de carboxi-metil-celulose, 1,6% de AGAR e 0,8% de alginato de sódio, permitiram a obtenção de uma viscosidade suficiente para uma boa homogeneização e injeção, apresentando ao final da cura resistência mecânica à compressão semelhante ao do osso esponjoso.

Cimentos ósseos são materiais desenvolvidos há aproximadamente uma década para aplicações biomédicas. Um cimento deste tipo pode ser preparado misturando um sal de fosfato de cálcio com uma solução aquosa para que se forme uma pasta que possa reagir à temperatura corporal dando lugar a um precipitado que contenha hidroxiapatita [Ca10(PO4)6(OH)2]. A similaridade química e morfológica entre este biomaterial e a parte mineral dos tecidos ósseos permite a osteocondução, sendo o cimento substituído por tecido ósseo novo com o tempo e com a vantagem de não desencadear rejeição. Estes cimentos são usados principalmente para as operações de preenchimento ósseo, que requer operações cirúrgicas extremamente invasivas. O desafio atual é colocar este biomaterial no local de enxerto pelo método menos agressivo possível. A inovação consiste em formular composição de cimento ósseo injetável pela incorporação de aditivos. No entanto, propriedades como reduzido tempo de cura, limitada dissolução em meio líquido e resistência mecânica adequada ao local do enxerto devem ser preservadas. Neste estudo, foram abordados oito diferentes aditivos que foram incorporados ao fosfato tricálcico [Ca3(PO4)2] sintetizado, juntamente com a solução do acelerador de cura (2,5%massa de Na2HPO4 dissolvido em água destilada): CMC (carboximetilcelulose), polímero de AGAR (polissacarídeo de algas vermelhas), alginato de sódio, quitosana (fibra natural derivada da quitina), pirofosfato de sódio, lignosulfonato de sódio (polissacarídeo de algas marrons), glicerina e ácido láctico nas concentrações 0,4%; 0,8%; 1,6%; 3,2%; 6,4% em massa. Os resultados demonstraram que foi possível obter composições de cimento de fosfato de cálcio injetáveis para uso biomédico. Constatou-se uma relação de proporcionalidade direta entre a injetabilidade do cimento e tempo de injeção, sendo a injetabilidade dependente do comportamento reológico das pastas. Todas formulações testadas seguiram a mesma tendência de redução da resistência mecânica à compressão e aumento da porosidade com o aumento da quantidade de aditivo incorporado. Verificou-se que as formulações com 1,6% de carboxi-metil-celulose, 1,6% de AGAR e 0,8% de alginato de sódio, permitiram a obtenção de uma viscosidade suficiente para uma boa homogeneização e injeção, apresentando ao final da cura resistência mecânica à compressão semelhante ao do osso esponjoso.

Tese de doutoramento. Ciências da Engenharia. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto, Departamento de Engenharia Cerâmica e do Vidro. Universidade de Aveiro. 2008

Tese de doutoramento. Ciências de Engenharia. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto, Faculdade de Ciências da Saúde. Universidade Fernando Pessoa. 2008

Submitted by Leonardo Freitas (leonardo.hfreitas@ufpe.br) on 2015-04-13T13:31:16Z No. of bitstreams: 2 DISSERTAÇÃO ANA PATRICIA DE OLIVEIRA SOUZA.pdf: 737773 bytes, checksum: e610ffdcf3c473a5761efb9f7f680d1d (MD5) license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-04-13T13:31:16Z (GMT). No. of bitstreams: 2 DISSERTAÇÃO ANA PATRICIA DE OLIVEIRA SOUZA.pdf: 737773 bytes, checksum: e610ffdcf3c473a5761efb9f7f680d1d (MD5) license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Previous issue date: 2013-08-29 / Técnicas e biomateriais vêm sendo testados e utilizados, todos com suas vantagens e desvantagens, assim como limitações principalmente com relação ao tamanho da reconstrução e à necessidade de um leito receptor adequado, que proporcione a vascularização, nutrição e fornecimento de células em boa quantidade para o processo de neoformação óssea. Foi realizado um estudo in vitro associando células-tronco mesenquimais (CTMs) de cordão umbilical humano com uma biocerâmica fosfacálcica bifásica nano-micro-macro porosa de hidroxiapatita - beta tricálcio fosfato (HA-βTCP) densa. A proporção de hidroxiapatita (HA) foi de 60% e βTCP 40% com micro poros de 10 micra de diâmetro e diâmetro dos poros intercomunicantes de até 500 micra. O experimento foi mantido em estufa a 37º por 21 dias e as trocas do meio de cultura realizadas a cada 03 dias. As amostras foram analisadas semanalmente até 21 dias por microscópio invertido de contraste de fase e após os 21 dias foi realizada a análise citoquímica das amostras com o método do vermelho de alizarina. Os resultados demonstraram que a morfologia das CTMs em estudo condiz com o achado de que a estimulação das mesmas pela presença do biomaterial foi capaz de produzir células possivelmente secretoras demostrando que a associação da biocerâmica Osteosynt® com células-tronco mesenquimais de cordão umbilical humano é um campo bastante promissor na bioengenharia de tecido ósseo.

Biocerâmicas porosas são utilizadas para que se forneça local para o tecido ósseo crescer e fixar o implante biologicamente. Foi utilizada hidroxiapatita (HA), que é uma cerâmica bioativa e permite o crescimento de tecido ósseo e revascularização da área de implante pela ligação química estabelecida entre a fase mineral dos ossos com a hidroxiapatita sintética. Este estudo teve como objetivo a obtenção de blocos porosos de hidroxiapatita através do método gelcasting de espumas, utilizando matérias-primas nacionais e sem o uso de atmosfera controlada. A hidroxiapatita utilizada nesse trabalho foi obtida com um método inovador com a utilização de defloculantes. O método gelcasting de espumas consiste na incorporação de uma fase gasosa dispersa dentro de uma suspensão cerâmica contendo o pó cerâmico, água, defloculantes, ligantes e agentes de gelificação. Após a formação de espuma o gel é formado pela polimerização in situ de monômeros orgânicos e o controle do tempo de indução é primordial para a obtenção de porosidade controlada. Foram estudados os efeitos da quantidade de surfactante, do teor de sólidos e do tempo de indução na microestrutura e nas propriedades físicas da hidroxiapatita. Avaliou-se o volume de espuma formado, a viscosidade das suspensões, a resistência mecânica à compressão, a superfície de fratura, a densidade e porosidade, fases cristalinas e grupos químicos, assim como a permeabilidade das peças porosas. Foram realizados ensaios in vitro e in vivo para verificar o comportamento do material quando implantado. Obteve-se porosidade máxima de cerca de 87,5% para o teor de 60% de sólidos. Foram obtidos blocos porosos de hidroxiapatita pelo método gelcasting com tamanho de poros controlado, potencialmente aptos para uso em medicina e odontologia como implantes ósseos reparadores de defeitos ósseos em locais onde a solicitação mecânica seja baixa. / Porous bioceramics are used as a place where bone tissue can grow and fix implants biologically. In this work, hydroxyapatite (HA) was used. It is a bioactive ceramic which allows the growth of bone tissue and revascularization of implant area by the formation of a chemical bond between bones mineral phase and synthetic hydroxyapatite. The aim of this work is to obtain hydroxyapatite porous blocks through the gelcasting foams method, using national’s raw materials and without the atmosphere control. The HA used in this work was obtained by a new method which consists in the addiction of a defloculant. The gelcasting foams method consists in the incorporation of gaseous phase in a ceramic suspension containing the ceramic material, water, defloculants, binders and gelling agents. After the foam formation, the material turns in to a gel by the in situ polymerization of the organic monomers. The control of the induction time is very important to control the porosity. The effect of surfactant amounts, of the solids content and of the induction time in the hydroxyapatite microstructure and physical properties was studied. Also there was evaluated the in vitro and in vivo comportment of the produced porous hydroxyapatite foams. The amount of foam produced, the viscosity of suspensions, compression mechanical strength, fracture surface, apparent density, porosity, permeability, crystalline phases and chemical groups were evaluated. A maximal porosity of about 87.5% was obtained for a solids content of 60%. Obtained materials have a potential use as bone implants in both medical and odontological applications as bone defects repairers in places where low mechanical strengths were required.

Biocerâmicas porosas são utilizadas para que se forneça local para o tecido ósseo crescer e fixar o implante biologicamente. Foi utilizada hidroxiapatita (HA), que é uma cerâmica bioativa e permite o crescimento de tecido ósseo e revascularização da área de implante pela ligação química estabelecida entre a fase mineral dos ossos com a hidroxiapatita sintética. Este estudo teve como objetivo a obtenção de blocos porosos de hidroxiapatita através do método gelcasting de espumas, utilizando matérias-primas nacionais e sem o uso de atmosfera controlada. A hidroxiapatita utilizada nesse trabalho foi obtida com um método inovador com a utilização de defloculantes. O método gelcasting de espumas consiste na incorporação de uma fase gasosa dispersa dentro de uma suspensão cerâmica contendo o pó cerâmico, água, defloculantes, ligantes e agentes de gelificação. Após a formação de espuma o gel é formado pela polimerização in situ de monômeros orgânicos e o controle do tempo de indução é primordial para a obtenção de porosidade controlada. Foram estudados os efeitos da quantidade de surfactante, do teor de sólidos e do tempo de indução na microestrutura e nas propriedades físicas da hidroxiapatita. Avaliou-se o volume de espuma formado, a viscosidade das suspensões, a resistência mecânica à compressão, a superfície de fratura, a densidade e porosidade, fases cristalinas e grupos químicos, assim como a permeabilidade das peças porosas. Foram realizados ensaios in vitro e in vivo para verificar o comportamento do material quando implantado. Obteve-se porosidade máxima de cerca de 87,5% para o teor de 60% de sólidos. Foram obtidos blocos porosos de hidroxiapatita pelo método gelcasting com tamanho de poros controlado, potencialmente aptos para uso em medicina e odontologia como implantes ósseos reparadores de defeitos ósseos em locais onde a solicitação mecânica seja baixa. / Porous bioceramics are used as a place where bone tissue can grow and fix implants biologically. In this work, hydroxyapatite (HA) was used. It is a bioactive ceramic which allows the growth of bone tissue and revascularization of implant area by the formation of a chemical bond between bones mineral phase and synthetic hydroxyapatite. The aim of this work is to obtain hydroxyapatite porous blocks through the gelcasting foams method, using national’s raw materials and without the atmosphere control. The HA used in this work was obtained by a new method which consists in the addiction of a defloculant. The gelcasting foams method consists in the incorporation of gaseous phase in a ceramic suspension containing the ceramic material, water, defloculants, binders and gelling agents. After the foam formation, the material turns in to a gel by the in situ polymerization of the organic monomers. The control of the induction time is very important to control the porosity. The effect of surfactant amounts, of the solids content and of the induction time in the hydroxyapatite microstructure and physical properties was studied. Also there was evaluated the in vitro and in vivo comportment of the produced porous hydroxyapatite foams. The amount of foam produced, the viscosity of suspensions, compression mechanical strength, fracture surface, apparent density, porosity, permeability, crystalline phases and chemical groups were evaluated. A maximal porosity of about 87.5% was obtained for a solids content of 60%. Obtained materials have a potential use as bone implants in both medical and odontological applications as bone defects repairers in places where low mechanical strengths were required.