Thesis (doctoral)--University of Göteborg, 1997. / Added t.p. with thesis statement inserted.

<p>Luminescent semiconductor nanocrystals or quantum dots (QDs) offer attractive characteristics as a new class of fluorescent probes for molecular, cellular and in vivo imaging. While traditional cadmium-containing QDs have been widely used in biomedical research, diagnostics, and drug delivery, the cytotoxicity arising from the release of Cd2+ ions caused by the degradation of the surface coating is deemed to be a shortfall of cadmium-based QDs for long-term cellular and in vivo imaging. Here we report a direct synthesis of silver-doped zinc selenide QDs in water with near-infrared tunable fluorescence emissions, coinciding with the biological window of transmission to offer high signal-to-noise for fluorescence imaging of cells and small animals. Glutathione, which carries both carboxyl and amino groups, serves as a stabilizing ligand and offers the flexibility of decorating the surface of the QDs with moieties such as proteins, peptides and DNA. The cytotoxicity of the as-synthesized QDs was evaluated on macrophage (RAW 264.7) cells and human mesenschymal stem cells using MTS cell viability assay. The results indicated that the silver- doped ZnSe QDs possess low cytotoxicity. In vivo biodistribution study shows that these bare QDs are different from conventional QDs, it traversed through systemic route and could accumulate in the stomach of nude mice. These QDs were conjugated to monoclonal CD44v6 antibody and tested with human gastric adenocarcinoma cell line (AGS). The results indicated the feasibility of modifying the surface properties of these QDs for efficient targeting applications. The QDs were also conjugated to heparin and used to formulate nanocomplexes with chitosan to encapsulate tumor necrosis factor-alpha. Quantitative imaging analysis revealed in vivo trafficking kinetics of the nanocomplexes to the lymph nodes after subcutaneous administration into nude mice. This study demonstrates the potential of incorporation of near-infrared-emitting QDs in nanocarrier drug delivery that allows in vivo trafficking of the biodistriution events and will be of greatly improve the development new drug nanocarrier formulations.</p> / Dissertation

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Made available in DSpace on 2016-12-12T20:25:12Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Maisa Damazio Franco.pdf: 2101632 bytes, checksum: 7f995c92c59dbfc8861058e76fa73036 (MD5) Previous issue date: 2014-12-17 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Due to problems such as osteoarthritis and fractures, it is observed an increasingly amount of prosthesis implant surgery, as for example, hip prosthesis. These implants must be made with biocompatible materials such as titanium, and must have mechanical properties close to the bone, which has characteristics of porous materials. The objective of this work is the design of optimum titanium microstructures, in order to minimize the difference between the tensor of elastic properties of the bone and of the prosthesis material. For this purpose, two well established tools are used: the topology optimization and the continuous homogenization method, by means of asymptotic expansion. The efficacy of the formulation is verified by designing different microstructures. / Devido aos problemas como osteoartrite e fraturas, cada vez mais tem se recorrido às cirurgias de implante de prótese, como por exemplo, os implantes de quadril. Estas próteses devem ser produzidas com materiais biocompatíveis, como por exemplo, o titânio, e devem possuir propriedades mecânicas próximas à do meio ósseo, que apresenta características de materiais porosos. O objetivo deste trabalho é o projeto otimizado de microestruturas de titânio, de modo a minimizar a diferença entre o tensor de propriedades elásticas do osso e do material da prótese. Para isso, são utilizadas duas ferramentas bem estabelecidas na literatura: a otimização topológica de meios contínuos e o método de homogeneização por expansão assintótica. A eficácia da formulação é verificada por meio do projeto de diferentes microestruturas.

Estudos prévios sugerem que a modificação da superfície de uma hidroxiapatita sinterizada, através do condicionamento ácido, favorece a interação deste biomaterial com o organismo. Este estudo avaliou o reparo de defeitos ósseos preenchidos por hidroxiapatita sinterizada modificada (HAM), taxa Ca/P = 1.5 e hidroxiapatita sinterizada pura (HA), taxa Ca/P = 1.67, em um modelo experimental in vivo. Foram utilizados 52 ratos, submetidos à confecção de defeitos ósseos que promoveram as exposições das raízes mesiais dos primeiros molares superiores, sendo utilizado implante de HAM no lado direito e, como controle, HA no lado esquerdo. Os animais foram distribuídos randomicamente em quatro tempos pós-operatórios (15, 30, 60 e 90 dias). Após a morte dos animais, as peças foram preparadas e avaliadas através de análise histológica, microscopia eletrônica de varredura (MEV) e microtomografia computadorizada (MicroCT). Os resultados mostraram maior neoformação óssea associada à HAM (p=0.009). Na análise longitudinal a HAM apresentou neoformação óssea superior no tempo experimental de 90 dias pós-operatório comparado aos tempos de 15 e 30 dias pós-operatórios (p=0.014 e p=0.018 respectivamente). Para os parâmetros atividade osteoclástica e processo inflamatório não foram observadas diferenças estatisticamente significativas entre HAM e HA (p=0.446 e p=0.411, respectivamente). As avaliações através da MicroCT demonstraram aumento da densidade óssea ao longo dos tempos experimentais para a HAM (p=0.0042), mas não para HA (p=0.356). A microscopia eletrônica de varredura permitiu a observação das microporosidades associadas à HAM e a incorporação dos biomateriais ao tecido ósseo. Nas condições experimentais desse estudo, a aplicação de HAM resulta em melhor reparo ósseo, quando comparada a HA. / Previous studies suggest that modifying the surface of a sintered hydroxyapatite (HA) through acid-etching favors the interaction between the biomaterial and organism. This study evaluated bone repair of defects filled with a modified sintered hydroxyapatite (HAM; Ca/P ratio = 1.5), and sintered hydroxyapatite (HA; Ca/P ratio = 1.67), in an experimental model in vivo. Bone defects were created to promote mesial roots exposure of superior first molars in 52 rats. HAM implant was put into the right side bone defect and HA was used on the left side, as control. Animals were randomized into four postoperative groups (15, 30, 60 and 90 days) and killed, respectively, in each time. Surgical pieces were prepared and essessed by histological analysis, scanning electron microscopy (SEM) and computed microtomography (MicroCT). The results showed increased bone formation associated with HAM (p = 0.009). Higher bone formation was related to HAM at 90 days postoperative compared to 15 and 30 days after surgery (p = 0.014 and p = 0.018, respectively). No statistically significant differences were found between HAM and HA for osteoclastic activity and inflammation (p = 0.446 and p = 0.411, respectively). MicroCT showed increased bone density throughout the experimental periods for the HAM (p = 0.0042), but not for HA (p = 0 356). Scanning electron microscopy allowed the observation of microporosities associated with HAM and the incorporation of biomaterials in bone tissue. Under the experimental conditions of this study, the application of HAM results in better bone healing compared to HA.

Substitutos ósseos são estudados com a finalidade de encontrar biomateriais que apresentem características semelhantes ao enxerto ósseo autógeno e que tenham facilidade para o seu uso. Em busca desses biomateriais, os vidros bioativos têm sido pesquisados demonstrando propriedades de osteoindução e osteocondução. Este estudo avalia o reparo ósseo associado ao emprego de vidros bioativos diferentes taxas de pentóxido de nióbio 3mol% e 10mol%, comparados ao enxerto ósseo autógeno. A amostra foi composta por 52 ratos aleatoriamente agrupados em quatro tempos experimentais (15, 30, 60, 90 dias pós-operatórios). Três cavidades cirúrgicas foram confeccionadas na diáfise femural direita, preenchidas randomicamente com o enxerto ósseo autógeno e as duas composições de vidros bioativos contendo pentóxido de nióbio. Avaliou-se através de análise histológica, microscopia eletrônica de varredura, microtomografia computadorizada e espectroscopia de micro-Raman. Os resultados mostraram reparo ósseo em estágio avançado pela análise histológica e diferenças significativas (P=0.0017) entre o volume ósseo para o grupo de vidro bioativo composto por 3mol% de nióbio, evidência de incorporação dos biomateriais ao tecido ósseo neoformado pela análise de superfície e alta concentração de fosfato verificada em período precoce nos grupos de vidros bioativos. Tais achados mostraram que os vidros bioativos avaliados apresentaram propriedades de osteocondução e osteoindução. / Bone substitutes are studied in order to find biomaterials that exhibit characteristics similar to autogenous bone graft and have easy to use. In pursuit of these biomaterials, bioactive glasses have been researched demonstrating osteoinductive and osteoconductive properties. This study evaluates bone healing associated with the use of bioactive glasses containing different rates of niobium pentoxide 3mol% and 10mol%, compared to autogenous bone graft. The sample consisted of 52 rats randomly grouped into four times (15, 30, 60, 90 postoperative days). Three surgical cavities were prepared in the right femoral shaft, randomly filled with autogenous bone graft and two compositions of bioactive glasses containing niobium pentoxide. It was evaluated by histological analysis, scanning electron microscopy, computed microtomography and micro-Raman spectroscopy. The results showed bone healing at an advanced stage by histological analysis and significant differences (P = 0.0017) between bone volume to the bioactive glass group of 3mol% niobium, evidence of incorporation of biomaterials to the newly formed bone tissue for surface analysis and High concentration checked phosphate at an earlier period in the groups of bioactive glasses. These findings showed that the evaluated bioactive glasses showed osteoconductive and osteoinductive property.

O presente estudo objetivou comparar histologicamente, nos períodos de 7, 30 e 60 dias, as reações ocorridas no tecido conjuntivo subcutâneo de ratos a três cimentos endodônticos. Foi realizada a implantação de tubos de polietileno contendo um cimento endodôntico de óxido de zinco e eugenol (EndoFill), um cimento à base de resina epóxica (AH Plus), um cimento à base de resina metacrilato (EndoRez) e tubos vazios (grupo controle). Observou-se as características do componente celular inflamatório - atentando para a presença de neutrófilos, linfócitos, plasmócitos, eosinófilos, macrófagos e células gigantes - da condensação fibrosa e da formação de abscesso. Foi realizada análise estatística entre os grupos realizada por meio do teste de Friedman, complementado pelo teste de Wilcoxon. Já as comparações entre os períodos de 7, 30 e 60 dias foram realizadas pelo teste de Kruskall Wallis complementado pelo teste U de Mann-Whitney.Os resultados apontaram para maior intensidade da reação inflamatória promovida pelos cimentos EndoFill e EndoRez, especialmente no que se refere às características do infiltrado linfoplasmocitário e à presença de macrófagos, os quais se apresentaram em número estatisticamente superior aos demais grupos. A condensação fibrosa foi menos intensa nas amostras do cimento EndoFill, e a indução de abscesso foi bastante reduzida nos quatro grupos de estudo, não sendo observadas diferenças significativas. O AH Plus apresentou uma tendência à redução das características da reação inflamatória, ainda que estatisticamente não tenham sido observadas diferenças entre os períodos avaliados (7,30 e 60 dias). Já os cimentos EndoFill e EndoRez apresentaram uma tendência à manutenção da reação inflamatória por períodos mais longos. Apenas no grupo controle houve redução significativa das características da reação inflamatória ao longo dos três períodos experimentais. Tais observações tornam evidente a ausência, entre os materiais testados, de um cimento com características ideais de biocompatibilidade. / The purpose of this study was to make a histological comparison, over 7- 30- and 60-day periods, of subcutaneous conjunctive tissue reactions to three endodontic sealers in rats. Polyethylene tubes containing a zinc-oxide and eugenol sealer (EndoFill), an epoxyresin- based sealer (AH Plus), a methacrylate-resin-based sealer (EndoRez), together with empty tubes (control group) were implanted. The characteristics of the inflammatory cell component were observed for the presence of neutrophils, lymphocytes, plasmocytes, eosinophils, macrophages and giant cells, together with fibrous condensation and formation of tissue abscesses. The results indicated a greater intensity of inflammatory reaction caused by the EndoFill and EndoRez sealers, particularly in relation to the characteristics of lymphoplasmocytic infiltration, and the presence of macrophages, which were statistically more evident than in the other groups. Fibrous condensation was less intense in the EndoFill samples, and abscess induction was considerably reduced in the four study groups, with no significant differences observed. AH Plus presented a tendency for reducing the characteristics of the inflammatory reaction, although no statistical differences were noticed between the periods assessed (7, 30 and 60 days). The EndoFill and EndoRez sealers display a tendency for maintaining the inflammatory reaction for longer periods. Only the control group displayed a significant reduction in the characteristics of the inflammatory reaction over the three experimental periods. These observations demonstrate the absence of a sealer with ideal biocompatibility characteristics among the materials tested.

Estudos prévios sugerem que a modificação da superfície de uma hidroxiapatita sinterizada, através do condicionamento ácido, favorece a interação deste biomaterial com o organismo. Este estudo avaliou o reparo de defeitos ósseos preenchidos por hidroxiapatita sinterizada modificada (HAM), taxa Ca/P = 1.5 e hidroxiapatita sinterizada pura (HA), taxa Ca/P = 1.67, em um modelo experimental in vivo. Foram utilizados 52 ratos, submetidos à confecção de defeitos ósseos que promoveram as exposições das raízes mesiais dos primeiros molares superiores, sendo utilizado implante de HAM no lado direito e, como controle, HA no lado esquerdo. Os animais foram distribuídos randomicamente em quatro tempos pós-operatórios (15, 30, 60 e 90 dias). Após a morte dos animais, as peças foram preparadas e avaliadas através de análise histológica, microscopia eletrônica de varredura (MEV) e microtomografia computadorizada (MicroCT). Os resultados mostraram maior neoformação óssea associada à HAM (p=0.009). Na análise longitudinal a HAM apresentou neoformação óssea superior no tempo experimental de 90 dias pós-operatório comparado aos tempos de 15 e 30 dias pós-operatórios (p=0.014 e p=0.018 respectivamente). Para os parâmetros atividade osteoclástica e processo inflamatório não foram observadas diferenças estatisticamente significativas entre HAM e HA (p=0.446 e p=0.411, respectivamente). As avaliações através da MicroCT demonstraram aumento da densidade óssea ao longo dos tempos experimentais para a HAM (p=0.0042), mas não para HA (p=0.356). A microscopia eletrônica de varredura permitiu a observação das microporosidades associadas à HAM e a incorporação dos biomateriais ao tecido ósseo. Nas condições experimentais desse estudo, a aplicação de HAM resulta em melhor reparo ósseo, quando comparada a HA. / Previous studies suggest that modifying the surface of a sintered hydroxyapatite (HA) through acid-etching favors the interaction between the biomaterial and organism. This study evaluated bone repair of defects filled with a modified sintered hydroxyapatite (HAM; Ca/P ratio = 1.5), and sintered hydroxyapatite (HA; Ca/P ratio = 1.67), in an experimental model in vivo. Bone defects were created to promote mesial roots exposure of superior first molars in 52 rats. HAM implant was put into the right side bone defect and HA was used on the left side, as control. Animals were randomized into four postoperative groups (15, 30, 60 and 90 days) and killed, respectively, in each time. Surgical pieces were prepared and essessed by histological analysis, scanning electron microscopy (SEM) and computed microtomography (MicroCT). The results showed increased bone formation associated with HAM (p = 0.009). Higher bone formation was related to HAM at 90 days postoperative compared to 15 and 30 days after surgery (p = 0.014 and p = 0.018, respectively). No statistically significant differences were found between HAM and HA for osteoclastic activity and inflammation (p = 0.446 and p = 0.411, respectively). MicroCT showed increased bone density throughout the experimental periods for the HAM (p = 0.0042), but not for HA (p = 0 356). Scanning electron microscopy allowed the observation of microporosities associated with HAM and the incorporation of biomaterials in bone tissue. Under the experimental conditions of this study, the application of HAM results in better bone healing compared to HA.

Substitutos ósseos são estudados com a finalidade de encontrar biomateriais que apresentem características semelhantes ao enxerto ósseo autógeno e que tenham facilidade para o seu uso. Em busca desses biomateriais, os vidros bioativos têm sido pesquisados demonstrando propriedades de osteoindução e osteocondução. Este estudo avalia o reparo ósseo associado ao emprego de vidros bioativos diferentes taxas de pentóxido de nióbio 3mol% e 10mol%, comparados ao enxerto ósseo autógeno. A amostra foi composta por 52 ratos aleatoriamente agrupados em quatro tempos experimentais (15, 30, 60, 90 dias pós-operatórios). Três cavidades cirúrgicas foram confeccionadas na diáfise femural direita, preenchidas randomicamente com o enxerto ósseo autógeno e as duas composições de vidros bioativos contendo pentóxido de nióbio. Avaliou-se através de análise histológica, microscopia eletrônica de varredura, microtomografia computadorizada e espectroscopia de micro-Raman. Os resultados mostraram reparo ósseo em estágio avançado pela análise histológica e diferenças significativas (P=0.0017) entre o volume ósseo para o grupo de vidro bioativo composto por 3mol% de nióbio, evidência de incorporação dos biomateriais ao tecido ósseo neoformado pela análise de superfície e alta concentração de fosfato verificada em período precoce nos grupos de vidros bioativos. Tais achados mostraram que os vidros bioativos avaliados apresentaram propriedades de osteocondução e osteoindução. / Bone substitutes are studied in order to find biomaterials that exhibit characteristics similar to autogenous bone graft and have easy to use. In pursuit of these biomaterials, bioactive glasses have been researched demonstrating osteoinductive and osteoconductive properties. This study evaluates bone healing associated with the use of bioactive glasses containing different rates of niobium pentoxide 3mol% and 10mol%, compared to autogenous bone graft. The sample consisted of 52 rats randomly grouped into four times (15, 30, 60, 90 postoperative days). Three surgical cavities were prepared in the right femoral shaft, randomly filled with autogenous bone graft and two compositions of bioactive glasses containing niobium pentoxide. It was evaluated by histological analysis, scanning electron microscopy, computed microtomography and micro-Raman spectroscopy. The results showed bone healing at an advanced stage by histological analysis and significant differences (P = 0.0017) between bone volume to the bioactive glass group of 3mol% niobium, evidence of incorporation of biomaterials to the newly formed bone tissue for surface analysis and High concentration checked phosphate at an earlier period in the groups of bioactive glasses. These findings showed that the evaluated bioactive glasses showed osteoconductive and osteoinductive property.

O objetivo do presente estudo foi sintetizar e caracterizar arcabouços tridimensionais de vidros bioativos contendo nióbio e avaliar a influência destes materiais no comportamento de células pré-osteoblasticas in vitro. A produção dos arcabouços foi realizada pelo método sol-gel a partir da mistura de precursores da matriz e modificadores minerais. Foram produzidos vidros contendo Nióbio (BAG-Nb) e vidros sem adição deste componente (BAG). A adição do nióbio foi feita por meio de NbCl5. Após a formação do sol foram adicionados um surfactante e um catalisador da condensação para que fosse possível produzir um gel poroso que, com o processo de queima deu origem aos arcabouços. A caracterização da estrutura química foi realizada por difração de raio-x (DRX) e espectroscopia Raman. A morfologia dos materiais foi avaliada por microscopia de varredura (MEV) e microtomografia computadorizada de raios-x (MicroCT). Células pré-osteoblasticas MC3T3-E1 foram cultivadas para avaliação da influência dos materiais na sua proliferação, mineralização e expressão gênica. Para este fim foram utilizados os testes da Sulforonamida B, a coloração por Vermelho de Alizarina e o teste de Reação em Cadeia da Polimerase (PCR), respectivamente. A caracterização do material demonstrou a presença de estruturas cristalinas nos vidros produzidos. O Nióbio foi encontrado no grupo BAG-Nb em sua forma de óxido disperso pela matriz do vidro de acordo com os resultados de DRX e Raman. Quanto à sua estrutura, a porosidade superficial e macroposidade, o tamanho dos poros e a interconectividade entre os poros mostraram-se favoráveis para o crescimento de tecido em ambos os grupos produzidos. O nióbio foi encontrado na estrutura do vidro na sua forma de óxido (Nb2O5). A incorporação de Nb2O5 ao vidro não interferiu na proliferação celular no entanto, os materiais contendo Nb2O5 promoveram maior aumento na mineralização das células pré-osteoblasticas após 7 e 21 dias de cultivo, indicando maior diferenciação celular. Estes resultados demonstram que a incorporação de Nióbio resultou em materiais com composição química e macroestrutura adequadas, induzindo maior e mais rápida taxa de diferenciação celular na cultura de células in vitro. / The aim of this study was to synthesize and characterized sol-gel derived bioactive glasses scaffolds containing Niobium and evaluate its influence in pre-osteoblastic cell behaviour. Sol-gel route was used to produce porous scaffolds by foaming method. Matrix precursors and mineral modifiers were used to produce the sol. Scaffolds were produced in two distinct compositions. One group containing Niobium (BAG-Nb) and one group without this component (BAG) were produced. NbCl5 was used as Nb precursor. After sol mixture a surfactant and catalyst for condensation was added under stirring to produce a porous gel structure. Heating treatment was applied to produce porous scaffolds. Chemical characterization was performed with X-ray diffraction (XRD) and Raman spectroscopy. To evaluate morphology, Scanning Electron Microscopy (SEM) and Microcomputed thomography (μCT) were used. MC3T3-E1 pre-osteoblastic cells were used in cell culture analysis of cell proliferation, cell mineralization and gene expression. For these analyses, SulphoronamideB, Alizarin S Red and quantitative Polymerase Chain Reraction (qPCR) were used, respectively. Niobium was found scattered in glass matrix in its oxide form (Nb2O5) according to Raman and XRD results. These results showed Nb2O5 did not bond to glass matrix. Scaffolds superficial and macro porosity, pore size and connectivity were found favourable for growth of tissue. Cell proliferation was not influenced by the addition of Nb2O5, however scaffolds containing Nb2O5 induced increased mineralization after 7 and 21 days in preosteoblastic cell cultures. This result indicate increased cell differentiation for glasses containing Nb2O5. The development of bioactive glass scaffolds containing Niobium resulted in material with suitable chemical properties and microstructure with increased and faster mineralization in cellular studies showing potential of Nb2O5 containing bioactive glasses for tissue engineering applications.