A engenharia de tecidos tem despontado como uma estratégia promissora à regeneração de tecidos danificados, especialmente quando da associação de células-troncoa biomateriais. As características das células-tronco adiposoderivadas (CTAD), membro da família das células-tronco mesenquimais, tornam estas células uma ferramenta com grande potencial para este propósito. Por outro lado, biomateriais podem ser utilizados como substitutos artificiais da matriz extracelular, propiciando uma matriz de suporte para as células cultivadas in vitro.O objetivo deste trabalho foi investigar os parâmetros de aderência e de proliferação de CTAD humanas, caninas e murinas associadas a matrizes de biomateriais à base de colágeno, fosfato de cálcio eopen-cell poly (L-lactic acid) (OPLA) (BD Biosciences). Tecido adiposo foi obtido a partir de pacientes submetidos à lipoaspiração eletiva, cães sadios e camundongos da linhagem C57BL/6, respectivamente. O tecido adiposo foi submetido à digestão com colagenase e as CTADisoladas foram cultivadas e caracterizadas quanto à morfologia, taxa de proliferação e diferenciação e imunofenótipo. As células-tronco foram associadas às matrizes, em cultivos tridimensionais (3D), entre as passagens 4 e 7. As matrizes foram divididas em dois grupos: pré-incubadas em meio de cultivo suplementado com 10% de soro fetal bovino (pre-coating, PC),ou secas (dry, D). Duas concentrações celulares foram utilizadas: 104 e 5x104 células/matriz, e cultivos celulares convencionais (2D) foram realizados para comparar o índice de proliferação nas condições 2D x 3D. A taxa de aderência aos biomateriais foi avaliada pela contagem de células não aderidas após incubação de 3 horas. O índice de proliferação das CTAD, nas condições 2D e 3D, foi avaliado após 3 dias de incubação através do teste MTT. Os resultados mostram que as CTAD das três espécies apresentam as características típicas das células-tronco da linhagem mesenquimal e aderem preferencialmente aos biomateriais não submetidos à pré-incubação (D), naconcentração de 5x104 células/peça. As CTAD humanas apresentaram índice de proliferação mais elevado na condição 2D do que na condição 3D, enquanto as CTAD caninas e murinas tiveram comportamento oposto. Juntos, estes resultados indicam a possibilidade da associação de CTAD de diferentes espécies a biomateriais e a sua utilização em aplicações clínicas. / Tissue engineering has emerged as a promising strategy for regeneration of damaged tissues, especially when stem cells are associated to biomaterials. The characteristics of adipose-derived stem cells (ADSC), which are a type of mesenchymal stem cells, makethem a tool with great therapeutic potential. Different types of biomaterials can be used as artificial substitutes of the extracellular matrix, providing a support matrix for in vitro cell culture. The present study aimed to isolate and characterize human, canine and murine ADSC, and toinvestigate the patterns of adhesion and proliferation of these cells after association with collagen-based biomaterials, open-cell poly (L-lactic acid) (OPLA) and calcium phosphate (BD Biosciences). Adipose tissue was obtained from patients undergoing elective liposuction, healthy dogs, and C57BL/6 mice, respectively. The tissue was digested with collagenase and the isolated ADSC were cultured and characterized for morphology, immunophenotype and proliferation and differentiation potential. Cells were associated to biomaterials scaffolds, for tridimensional (3D) cultivation, between passages 4 and 7. The biomaterials were divided into two groups: one was previously pre-incubated with culture medium supplemented with 10% of fetal bovine serum (pre-coating, PC), and the other was not (dry, D). Two cell concentrations were used, 104 and 5x104 cells/scaffold, and conventional cell cultures (2D) were performed to compare the rate of proliferation in 3D x 2D systems. The rate of adhesion was assessed by counting the non-adhered cells after 3-hour incubation with the scaffolds. The proliferation index of ADSC cultivated under 2D conditions was measured after 3-day incubation by the MTT assay. The results show that ADSC from the three species present features characteristic of mesenchymal stem cells, and adhere more to scaffolds not submitted to pre-incubation (D),at the concentration of 5x104 cells/scaffold. Human ADSC showed higher proliferation index in 2D condition than in the 3D condition, contrary to canine and murine ADSC. Together, these results indicate that association of ADSCfrom different species to biomaterials is feasible and may be exploited for clinical applications.

O objetivo deste trabalho foi desenvolver uma metodologia para a preparação de compósitos de polidimetilsiloxano (PDMS)/fosfato de cálcio elaborado mediante a técnica biomimética. O processo envolveu a precipitação de partículas de fosfato de cálcio dentro da matriz elastomérica de PDMS durante a elaboração do compósito. A composição química da fase de reforço foi avaliada mediante difração de raios X (DRX) e espectroscopia de energia dispersiva de raios X (EDS). Micrografias obtidas por microscopia eletrônica de varredura (MEV) mostraram partículas pequenas (200 nm) de fosfato de cálcio homogeneamente distribuídas e dispersas na superfície do compósito. A influência da fase de reforço na energia de superfície, resistência mecânica, bioatividade e viabilidade celular do compósito foram medidas. A incorporação das partículas no PDMS levou ao aumento dos valores da energia de superfície. Os resultados do ensaio de resistência mecânica à tração mostraram que o compósito elaborado com 25 %(v/v) de reforço apresentou um aumento de 15 % de resistência à tração com relação ao PDMS puro. O ensaio de biatividade in vitro mostrou que após de 7 dias de imersão em fluido biológico simulado (SBF), uma camada homogênea de cristais com a morfologia da hidroxiapatita foi precipitada na superfície do compósito, este resultado sugere que o compósito poderá demonstrar uma excelente bioatividade uma vez implantado in vivo. / The main objective of this study was to develop a method to prepare poly(dimetilsiloxane) (PDMS)/calcium phosphates composites by using the biomimetic technique. The process involved the precipitation of calcium phosphate particles within the PDMS matrix during the composite fabrication. The chemical composition of the filler phase was studied by means of X-ray diffraction (XRD) and energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS). Scattering electron microscopy (SEM) micrographs showed tiny particles (200 nm) of calcium phosphate evenly distributed and dispersed on the composite surface. The influence of the filler phase on the composite surface energy, tensile strength, bioactivity and cellular viability were assessed. The incorporation of the particles to the PDMS led to higher surface energy values. The tensile measurements showed that the composite made with 25 %(v/v) of filler achieved a 15 % increased in the tensile strength, once compared to the pure PDMS. The in vitro bioactivity essay showed that after 7 days of soaking in simulated body fluid (SBF) a homogeneous layer of HAp like crystals can be seen on the composite surface, this result suggested that the composite will demonstrate a excellent bioactivity once implanted in vivo.

CoordenaÃÃo de AperfeÃoamento de Pessoal de NÃvel Superior / A hidroxiapatita (HA) tem sido amplamente utilizada na Ãrea de biomÃdica, especialmente para aplicaÃÃes ortopÃdicas no tratamento da osteoporose, objetivando seu uso como nanopartÃculas injetÃveis que podem ser dirigidas para vÃrios locais do corpo para tratamento de defeitos Ãsseos. A HA à um material muito semelhante ao mineral componente do osso. Està bem estabelecido que os osteoblastos (cÃlulas formadoras do osso) crescem melhor em metais revestidos por HA do que em metais isolados. A sinvastatina (SINV) à um medicamento utilizado atualmente para reduÃÃo de colesterol (via oral), porÃm, estudos recentes mostraram uma interessante capacidade desse fÃrmaco no aumento do processo de regeneraÃÃo local quando associado com hidroxiapatita. Neste trabalho, nanopartÃculas de magnetita (Fe3O4), um Ãxido de ferro com propriedades magnÃticas, recentemente estudado como agente potencializador de proliferaÃÃo de cÃlulas Ãsseas, foram associadas com HA com o objetivo de aumentar processos regenerativos. Este sistema sofreu tratamento hidrotÃrmico para controlar as propriedades cristalinas do revestimento. Separadamente, Fe3O4 e HA sÃo biocompatÃveis e, quando combinados, as nanopartÃculas melhoram vÃrios indicadores de diferenciaÃÃo de osteoblastos importantes, tais como a sÃntese de colÃgeno e a deposiÃÃo de cÃlcio, mantendo as suas propriedades magnÃticas. Reconhece-se que a quÃmica de superfÃcie, a energia de superfÃcie e a topografia da superfÃcie tÃm uma influÃncia significativa sobre as respostas de osteoblastos. Em particular, nos dias de hoje, os defeitos Ãsseos de tamanho crÃtico dependem da engenharia de âscaffoldsâ que sÃo suportes estruturais em 3D, permitindo a infiltraÃÃo celular e posterior integraÃÃo com o tecido nativo. Por esse motivo, o material sintetizado e funcionalizado com SINV foi introduzido em matrizes polimÃricas de quitosana. Os compÃsitos formados apresentaram tamanho mÃdio de partÃcula de 20 nm (HA-5h) e 18 nm (Fe3O4) e 40-100 nm (Fe3O4-HA). Os difratogramas mostraram os picos caracterÃsticos das fases cristalinas dos compÃsitos de acordo com a literatura, bem como as bandas de infravermelho. / Hydroxyapatite (HA) has been widely used in the biomedical area, especially in orthopedic applications in the treatment of osteoporosis aiming its use as injectable HA nanoparticles can be targeted to various body locations to treat bone defects. The HA is very similar to mineral component of bone material. It is well established that osteoblasts (bone forming cells) grow better on HA-coated metal than for metals isolated. Simvastatin (SIMV) is a drug currently used to reduce cholesterol (oral), but recent studies have shown an interesting ability of this drug to increase the local regeneration process, when combined with hydroxyapatite. In this work, magnetite nanoparticles (Fe3O4) with an iron oxide magnetic properties recently studied as potentiating agent proliferation of bone cells, have been associated with HA with the aim of increasing regenerative processes. This system has undergone the hydrothermal treatment for controlling the crystal properties of the coating. Separately, Fe3O4 and HA are biocompatible and when combined, the nanoparticles improve several important markers of osteoblast differentiation, such as collagen synthesis and deposition of calcium by keeping their magnetic properties. It is recognized that the surface chemistry, surface energy and surface topography have a significant influence on osteoblast responses. In particular, nowadays, the critical size bone defect depends on the engineering "scaffold" which are structural supports 3D, allowing for cell infiltration and subsequent integration to the native tissue. For this reason, the material synthesized and functionalized with SIMV was added in chitosan polymeric matrices. The formed composite showed average particle size of 20 nm (HA-5h), 18 nm (Fe3O4) and 30-70nm (Fe3O4-HA). The XRD patterns showed characteristic peaks of the crystalline phases of the composites according to the literature, as well as the IR bands.

Orientador: Celso Aparecido Bertran / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-10T02:44:44Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Bertazzo_Sergio_D.pdf: 12437616 bytes, checksum: 53ec8e9aeb08b52a05686853b32ba6e2 (MD5) Previous issue date: 2007 / Resumo: Os fosfatos de cálcio possuem propriedades biocompatíveis e apresentam composição semelhante à da matriz óssea inorgânica dos vertebrados. Devido a estas propriedades, os fosfatos de cálcio têm sido largamente estudados, mas ainda hoje não há um completo consenso sobre as características destes materiais. Neste trabalho procuramos estudar alguns dos fenômenos que ocorrem na superfície dos fosfatos de cálcio quando imersos em soluções aquosas, com pH entre 6,0 e 7,4, e caracterizar de forma completa a matriz óssea inorgânica. Os resultados mostraram que a matriz óssea inorgânica modifica sua composição e cristalinidade apenas até o sexto mês de vida dos animais estudados. Quanto à nanoestrutura dos ossos, os resultados mostraram que estes são formados por fibras de colágeno recobertas pela matriz óssea inorgânica. Os estudos das propriedades da superfície dos fosfatos de cálcio demonstraram que ao serem imersos em soluções aquosas, sua superfície é transformada em CaHPO4. A modificação da superfície dos fosfatos de cálcio e a formação de um novo equilíbrio entre esta nova superfície formada e as soluções aquosas, explicam a características peculiares apresentadas pelos fosfatos de cálcio em soluções aquosas. O entendimento dos processos pelas quais a superfície dos fosfatos de cálcio passa ao serem imersos em soluções aquosas é de suma importância para o entendimento dos processos biocompatíveis característicos destes materiais / Abstract: Calcium phosphates have good biocompatible properties and are similar in composition to the bone mineral of vertebrates. Owing to these properties, calcium phosphates have been extensively studied, yet a complete consensus on the characteristics of these materials is hitherto absent. In this work we have studied some of the surface phenomena that take place when calcium phosphates are immersed in aqueous solutions, and sought to offer a comprehensive characterization of the bone mineral. Results show that the bone mineral modifies its composition and crystallinity only up to the sixth month of age for the animals studied. As for bone nanostructure, results show that these are formed from collagen fibers coated with bone mineral. Our studies on the surface properties of calcium phosphates have demonstrated that their surface transforms into CaHPO4 when immersed in aqueous solutions. Calcium phosphate surface modification and the formation of a new equilibrium between this new surface and aqueous solutions account for the distinctive characteristics presented by calcium phosphates in aqueous solutions with pH between 6.0 and 7.4. Knowledge of the processes that happen to calcium phosphates immersed in aqueous solutions is of utmost importance for an complete understanding of biocompatible processes characteristic of these materials / Doutorado / Físico-Química / Doutor em Ciências

A engenharia de tecidos tem despontado como uma estratégia promissora à regeneração de tecidos danificados, especialmente quando da associação de células-troncoa biomateriais. As características das células-tronco adiposoderivadas (CTAD), membro da família das células-tronco mesenquimais, tornam estas células uma ferramenta com grande potencial para este propósito. Por outro lado, biomateriais podem ser utilizados como substitutos artificiais da matriz extracelular, propiciando uma matriz de suporte para as células cultivadas in vitro.O objetivo deste trabalho foi investigar os parâmetros de aderência e de proliferação de CTAD humanas, caninas e murinas associadas a matrizes de biomateriais à base de colágeno, fosfato de cálcio eopen-cell poly (L-lactic acid) (OPLA) (BD Biosciences). Tecido adiposo foi obtido a partir de pacientes submetidos à lipoaspiração eletiva, cães sadios e camundongos da linhagem C57BL/6, respectivamente. O tecido adiposo foi submetido à digestão com colagenase e as CTADisoladas foram cultivadas e caracterizadas quanto à morfologia, taxa de proliferação e diferenciação e imunofenótipo. As células-tronco foram associadas às matrizes, em cultivos tridimensionais (3D), entre as passagens 4 e 7. As matrizes foram divididas em dois grupos: pré-incubadas em meio de cultivo suplementado com 10% de soro fetal bovino (pre-coating, PC),ou secas (dry, D). Duas concentrações celulares foram utilizadas: 104 e 5x104 células/matriz, e cultivos celulares convencionais (2D) foram realizados para comparar o índice de proliferação nas condições 2D x 3D. A taxa de aderência aos biomateriais foi avaliada pela contagem de células não aderidas após incubação de 3 horas. O índice de proliferação das CTAD, nas condições 2D e 3D, foi avaliado após 3 dias de incubação através do teste MTT. Os resultados mostram que as CTAD das três espécies apresentam as características típicas das células-tronco da linhagem mesenquimal e aderem preferencialmente aos biomateriais não submetidos à pré-incubação (D), naconcentração de 5x104 células/peça. As CTAD humanas apresentaram índice de proliferação mais elevado na condição 2D do que na condição 3D, enquanto as CTAD caninas e murinas tiveram comportamento oposto. Juntos, estes resultados indicam a possibilidade da associação de CTAD de diferentes espécies a biomateriais e a sua utilização em aplicações clínicas. / Tissue engineering has emerged as a promising strategy for regeneration of damaged tissues, especially when stem cells are associated to biomaterials. The characteristics of adipose-derived stem cells (ADSC), which are a type of mesenchymal stem cells, makethem a tool with great therapeutic potential. Different types of biomaterials can be used as artificial substitutes of the extracellular matrix, providing a support matrix for in vitro cell culture. The present study aimed to isolate and characterize human, canine and murine ADSC, and toinvestigate the patterns of adhesion and proliferation of these cells after association with collagen-based biomaterials, open-cell poly (L-lactic acid) (OPLA) and calcium phosphate (BD Biosciences). Adipose tissue was obtained from patients undergoing elective liposuction, healthy dogs, and C57BL/6 mice, respectively. The tissue was digested with collagenase and the isolated ADSC were cultured and characterized for morphology, immunophenotype and proliferation and differentiation potential. Cells were associated to biomaterials scaffolds, for tridimensional (3D) cultivation, between passages 4 and 7. The biomaterials were divided into two groups: one was previously pre-incubated with culture medium supplemented with 10% of fetal bovine serum (pre-coating, PC), and the other was not (dry, D). Two cell concentrations were used, 104 and 5x104 cells/scaffold, and conventional cell cultures (2D) were performed to compare the rate of proliferation in 3D x 2D systems. The rate of adhesion was assessed by counting the non-adhered cells after 3-hour incubation with the scaffolds. The proliferation index of ADSC cultivated under 2D conditions was measured after 3-day incubation by the MTT assay. The results show that ADSC from the three species present features characteristic of mesenchymal stem cells, and adhere more to scaffolds not submitted to pre-incubation (D),at the concentration of 5x104 cells/scaffold. Human ADSC showed higher proliferation index in 2D condition than in the 3D condition, contrary to canine and murine ADSC. Together, these results indicate that association of ADSCfrom different species to biomaterials is feasible and may be exploited for clinical applications.

O objetivo deste trabalho foi desenvolver uma metodologia para a preparação de compósitos de polidimetilsiloxano (PDMS)/fosfato de cálcio elaborado mediante a técnica biomimética. O processo envolveu a precipitação de partículas de fosfato de cálcio dentro da matriz elastomérica de PDMS durante a elaboração do compósito. A composição química da fase de reforço foi avaliada mediante difração de raios X (DRX) e espectroscopia de energia dispersiva de raios X (EDS). Micrografias obtidas por microscopia eletrônica de varredura (MEV) mostraram partículas pequenas (200 nm) de fosfato de cálcio homogeneamente distribuídas e dispersas na superfície do compósito. A influência da fase de reforço na energia de superfície, resistência mecânica, bioatividade e viabilidade celular do compósito foram medidas. A incorporação das partículas no PDMS levou ao aumento dos valores da energia de superfície. Os resultados do ensaio de resistência mecânica à tração mostraram que o compósito elaborado com 25 %(v/v) de reforço apresentou um aumento de 15 % de resistência à tração com relação ao PDMS puro. O ensaio de biatividade in vitro mostrou que após de 7 dias de imersão em fluido biológico simulado (SBF), uma camada homogênea de cristais com a morfologia da hidroxiapatita foi precipitada na superfície do compósito, este resultado sugere que o compósito poderá demonstrar uma excelente bioatividade uma vez implantado in vivo. / The main objective of this study was to develop a method to prepare poly(dimetilsiloxane) (PDMS)/calcium phosphates composites by using the biomimetic technique. The process involved the precipitation of calcium phosphate particles within the PDMS matrix during the composite fabrication. The chemical composition of the filler phase was studied by means of X-ray diffraction (XRD) and energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS). Scattering electron microscopy (SEM) micrographs showed tiny particles (200 nm) of calcium phosphate evenly distributed and dispersed on the composite surface. The influence of the filler phase on the composite surface energy, tensile strength, bioactivity and cellular viability were assessed. The incorporation of the particles to the PDMS led to higher surface energy values. The tensile measurements showed that the composite made with 25 %(v/v) of filler achieved a 15 % increased in the tensile strength, once compared to the pure PDMS. The in vitro bioactivity essay showed that after 7 days of soaking in simulated body fluid (SBF) a homogeneous layer of HAp like crystals can be seen on the composite surface, this result suggested that the composite will demonstrate a excellent bioactivity once implanted in vivo.

Orientadores: Cecilia Amelia de Carvalho Zavaglia, Raul Garcia Carrodeguas / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-15T14:41:52Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Motisuke_Mariana_D.pdf: 16445878 bytes, checksum: 24051dcb16ae3df67a3a90e36fb1c391 (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: A necessidade de novos biomateriais que permitem considerável melhora na qualidade de vida de pessoas que sofrem de doenças relacionadas à velhice ou que apresentam algum tipo de lesão no tecido ósseo advindas de acidentes ou doenças como a obesidade e o câncer tem despertado o interesse dos pesquisadores. Neste contexto, o desenvolvimento de novos biomateriais para a ortopedia baseados nos fosfatos de cálcio é relevante uma vez que estes apresentam excelente biocompatibilidae e bioatividade devido à sua composição química semelhante à fase mineral de ossos e dentes. A substituição por silicato de alguns grupos fosfatos é, hoje em dia, uma área muito promissora no desenvolvimento de fosfatos de cálcio uma vez que a presença deste elemento pode aumentar a bioatividade e estimular a diferenciação das células aderidas à superfície dos substitutos ósseos. Dentre estes materiais, o que recebe grande destaque é o Si-a-TCP, que se utilizado como cimento ósseo promete resultados interessantes. Além disso, o silício atua como um elemento estabilizante da fase a, tornando possível a sua formação em temperaturas mais baixas que as normalmente empregadas e, por isso, reduzindo os custos de sua síntese. Assim, o principal objetivo deste trabalho é investigar a influência do Si nas propriedades químicas, físicas, mecânicas, de biocompatibilidade e de bioatividade do cimento de a-TCP. No entanto, a síntese do a-TCP puro não é uma tarefa simples, uma vez que muitas condições de processo podem alterar suas propriedades finais ou, ainda, inibir a sua formação. O fator de maior influência é a qualidade dos reagentes de partida, que pode impossibilitar a formação de a-TCP em temperaturas tão altas como 1600°C, comprometendo a reprodutibilidade de seu processamento. Portanto, em conjunto com o desenvolvimento do Si-a-TCP, foram sintetizados reagentes com elevado teor de pureza, ou seja, livres da principal impureza que interfere na síntese do a-TCP, o magnésio. Este elemento é um famoso estabilizante da fase ß e eleva a temperatura de transição de fase ß??a para até 1500ºC. Verificou-se que a padronização das propriedades dos reagentes de partida garantiu a reprodutibilidade do processo de fabricação do a-TCP. Porém, observou-se que o Si reduz em quase quatro vezes a reatividade do a-TCP uma vez que por estabilizar a fase a, torna o material menos solúvel. Além disso, devido a esta baixa reatividade do pó com silício a resistência mecânica do cimento ósseo nos primeiros instantes de cura foi extremamente baixa (0,81 ± 0,25 MPa). Mesmo assim, alcançou valores similares ao cimento sem silício (18 MPa para o a-TCP e 15 MPa para o Si-a-TCP) após 168 horas de cura. Por outro lado, a biocompatibilidade e a formação de uma camada de apatita na superfície dos cimentos após ensaio em Fluido Corpóreo Simulado demonstram que o silício interfere positivamente nos processos de regeneração óssea. Foi possível desenvolver um novo cimento ósseo baseado no Si-a-TCP obtido a partir de reagentes sintetizados em laboratório que garantiram uma considerável redução de custos de síntese e um elevado teor de pureza. A produção dos precursores CaCO3, CaHPO4 e CaSiO3 em laboratório foi a etapa mais significante para a redução de custos uma vez que a baixa quantidade de impurezas presentes é responsável pela menor temperatura de síntese necessária (1200°C para o Si-a-TCP e 1300°C para o a-TCP) e o consequente aumento na facilidade de processamento (moagem) e na bioatividade em FCS do cimento ósseo. Os resultados obtidos neste trabalho demonstram que foi desenvolvida tecnologia nacional para a produção de um cimento ósseo com potencial de aplicação clínica e que será mais acessível à população brasileira. / Abstract: The need for new biomaterials which could improve life quality of people who suffer from oldness diseases or who have any bone tissue injury due to accidents and diseases like obesity and cancer are resulting in a growing number of researches. In this context, the development of new orthopedics biomaterials based on calcium phosphates compounds is relevant once they present excellent bioactivity and biocompatibility due to its chemical composition similar to the mineral part of bone and teeth. Silicon substitution into some phosphorous sites of calcium phosphate bioceramics is a promising field on the development of new biomaterials for orthopedics applications due to the increased bioactivity and cell differentiation on the material's surface which could be promoted by the presence of this element. In this manner, Si-a-TCP is receiving huge efforts since its employment as bone cement could be of great interest. Moreover, silicon is known to stabilize the a-TCP structure and to promote its formation at lower temperatures leading to a cost reduction of its processing. Thus, the major objective of this study is to investigate the influence of Si on the chemical, physical, mechanical, biocompatible and bioactive properties of the calcium phosphate cement once there is a lack of publication regarding this material. On the other hand, the synthesis of a pure a-tricalcium phosphate is not an easy task since all process conditions can change its final properties, or even inhibit its formation. The most limiting factor is the quality of the starting reagents which may preclude the formation of a-TCP at temperatures as high as 1600° C. Therefore, the reproducibility of a-TCP synthesis becomes very difficult and, in some cases, impossible. In this context, and together with the development of Si-a-TCP, high purity reagents were synthesized to eliminate the most important impurity which is an established stabilizer element of ß-TCP, magnesium. It has been discovered that the standardization of the reagents properties guaranteed the reproducibility of a-TCP manufacturing process. Nevertheless, it was also observed that Si has a strong influence on the setting reaction of the cement by reducing by almost four times the TCP reactivity once this element stabilizes the a-TCP structure and the final material is less soluble. As a result, the mechanical strength of the cement at initial times was extremely low (0,81 ± 0,25 MPa) even though it has achieved similar values to the cement without silicon after 168 hours of setting (18 MPa for a-TCP e 15 MPa for Si-a-TCP). Nonetheless, the biocompatibility after in vivo study and the precipitation of an apatite layer after SBF immersion lead to the conclusion that Si has a positive interference on the bone regeneration process. It was possible to develop a new calcium phosphate cement based on Si-a-TCP obtained from laboratory synthesized reagents which lead to a considerable reduction on the production costs and in a high purity level of the final material. The synthesis of CaCO3, CaHPO4 and CaSiO3 with low contents of impurities was the most significant step to cost reduction due to the lower temperatures needed to synthesize Si-a-TCP (1200°C) and a-TCP (1300°C), the enhanced facility on milling and the improved bone cement bioactivity in Simulated Body Fluid. National technology was developed in order to guarantee the production of a bone cement which has a huge potential to clinical application and, certainly, it will be more accessible to Brazilian people. / Doutorado / Materiais e Processos de Fabricação / Doutor em Engenharia Mecânica

O objetivo deste estudo foi avaliar o efeito de compósitos experimentais contendo nanopartículas de fosfato dicálcico dihidratado (DCPD) na remineralização de lesões artificiais em esmalte, em função do conteúdo de partículas de DCPD e da funcionalização destas com dimetacrilato de trietileno glicol (TEGDMA). Cinco compósitos contendo uma concentração equimolar de dimetacrilato de glicidila bisfenol A (BisGMA) e TEGDMA e 60 vol% de partículas foram manipulados. A fase inorgânica foi constituída por partículas de vidro de bário silanizadas e 0% (controle: Sem DCPD), 10% ou 20% (em volume) de partículas de DCPD, funcionalizadas (F) ou não (NF) com TEGDMA. Foram produzidas lesões artificiais subsuperficiais em fragmentos de esmalte humano mediante a imersão destes em 30 ml de solução desmineralizante (pH 5.0) por 12 dias a 37°C. Os blocos de esmalte foram divididos em 6 grupos (n=6 - 10), de acordo ao compósito aplicado na lesão: Sem DCPD, 20% DCPD NF, 20% DCPD F, 10% DCPD NF, 10% DCPD F além de um grupo sem a aplicação do compósito (Sem tratamento, ST) e expostos a ciclagem de pH (16 dias, 4 h em solução desmineralizante/pH=5 e 20 h em solução remineralizante/pH=7). As soluções foram trocadas a cada 4 dias, e coletadas para calcular o conteúdo de cálcio e fosfato mediante espectrofotometria. Os corpos de prova foram seccionados longitudinalmente e avaliados mediante microradiografia transversal (TMR). Os parâmetros analisados foram a profundidade da lesão (LD, ?m), a perda mineral integrada (?Z, vol%.?m) e a média da perda mineral (R). Foi calculado o ??Z (%, [100x(?Zinitial - ?Ztreatment)/?Zinitial]) para estimar a porcentagem de remineralização. Os dados foram submetidos a análise de variância (ANOVA) a um critério e o teste de Tukey para comparações múltiplas (alfa = 0.05). Todos os grupos restaurados mostraram recuperação mineral entre 3 a 23%. Houve diferencia significativa entre o ??Z do grupo ST e os contendo DCPD funcionalizado. No entanto, devido à alta dispersão de dados (particularmente no grupo Sem DCPD), não foi observada diferença significativa entre os grupos cuja lesão foi recoberta por compósito. Todos os grupos contendo DCPD mostraram maior recuperação mineral nos terços médio e profundo da lesão. O grupo ST mostrou desmineralização adicional. A concentração de íons cálcio e fosfato no meio de imersão não foi influenciada pela presença de DCPD, independentemente da funcionalização ou da porcentagem de DCDP no compósito. Concluiu-se que os compósitos contendo DCPD foram capazes de promover a recuperação mineral nas áreas mais profundas da lesão. / The aim of the study was to evaluate the effect of experimental composites containing dicalcium phosphate dihydrate (DCPD) nanoparticles on remineralization of artificial enamel lesions, as a function of DCPD particle content and their functionalization with triethylene glycol dimethacrylate (TEGDMA). Five composites containing equal parts (in mols) of bisphenol A glycidyl methacrylate (BisGMA) and TEGDMA and 60 vol% of filler content were manipulated. Filler phase was constituted by silanized barium glass (BG) and 0% (control: no DCPD), 10% or 20% (by volume) of DPCD particles, either functionalized (F) or non-functionalized (NF) with TEDGMA. Artificial subsurface lesions were produced in human enamel fragments by immersing them in 30 ml of demineralization solution (pH 5.0) for 12 days at 37°C. Fragments were divided into six groups (n= 6 - 10), according to the composite applied on the lesion: no DCPD, 20% DCPD NF, 20% DCPD F, 10% DCPD NF, 10% DCPD F plus an unrestored group (non treated, NT) and exposed to pH cycling (16 days, 4 h in demineralization solution/pH=5 and 20 h in remineralization solution/pH=7). Every 4 days the solutions used were changed and collected to calculate calcium and phosphate content through spectrophotometry. Specimens were sectioned longitudinally and evaluated using transverse microradiography (TMR) for lesion depth (LD, in ?m) and integrated mineral loss (?Z, vol%.?m). ??Z% [100x(?Zinitial - ?Ztreatment)/?Zinitial] was used to estimate remineralization. Data were analyzed by one-way ANOVA/Tukey test (alpha: 0.05 for all tests). All restored groups showed enamel remineralization, ranging from 3% to 23%. Significant differences were observed between NT group and groups containing functionalized DCPD. However, due to high data scattering (particularly in the group without DCPD), no statistically significant differences were found between the groups that had their lesions covered by composite. Groups containing DCPD showed more mineral recovery in the middle and the deepest third of the lesion. NT group showed further demineralization. Calcium and phosphate ion concentrations were not influenced by the DCPD particle content or its functionalization with TEGDMA. In conclusion, all composites containing DCPD particles were able to promote mineral recovery of the enamel lesion, mainly on the deeper areas of the lesion.

O objetivo deste trabalho foi avaliar as propriedades mecânicas e a liberação de íons de compósitos experimentais contendo DCPD após diferentes períodos de imersão. Nanopartículas de DCPD (10 vol%) foram incorporadas em misturas equimolares de BisGMA e TEGDMA ou BisEMA e TEGDMA. Foram adicionadas também 50% de partículas de vidro de bário (VB), 0,5% de canforoquinona e 0,5% de amina terciária. Como controle, materiais contendo apenas partículas de VB (60%) foram avaliados. O grau de conversão (GC) foi determinado através de near-FTIR (n=3). Através do teste de flexão biaxial foram obtidos resultados de resistência à flexão biaxial (RFB) e módulo de elasticidade (E). Fragmentos dos discos testados em flexão foram selecionados para o teste de microdureza Knoop (KHN). Os espécimes (n=10, 12x01mm) foram fraturados após 1, 30, 60 e 90 dias imersos em solução de NaCl (pH=7,0). Os dados de GC foram submetidos ANOVA de dois fatores (\"monômero\" e \"presença de DCPD\"). Dados de KHN foram analisados através de ANOVA de três fatores (\"monômero\", \"presença de DCPD\" e \"tempo de imersão\"). Comparações múltiplas foram feitas utilizando-se o teste de Tukey. Dados de RFB, E e liberação de íons foram analisados através do teste de Kruskal-Wallis e as comparações múltiplas foram feitas pelo teste de Dunn (alfa=5% em todos os casos). Independentemente da presença de DCPD, materiais contendo BisGMA apresentaram GC estatisticamente maior do que materiais com BisEMA. A substituição de VB por DCDP provocou redução nos valores iniciais de RFB para BisGMA e BisEMA e em E apenas para BisGMA. Materiais com BisGMA apresentaram valores maiores de E e KHN iniciais. Em geral, compósitos com BisGMA apresentaram maiores reduções nas propriedades mecânicas ao final de 90 dias; assim, compósitos contendo BisEMA apresentaram valores finais mais altos de KHN (independente da presença de DCPD) e RFB (apenas para materiais sem DCPD). Após 90 dias, o E e KHN dos materiais com BisGMA foram menores no compósito com DCPD. Ambos compósitos apresentaram valores crescentes de liberação de cálcio ao longo dos 90 dias, não tendo sido detectadas O objetivo deste trabalho foi avaliar as propriedades mecânicas e a liberação de íons de compósitos experimentais contendo DCPD após diferentes períodos de imersão. Nanopartículas de DCPD (10 vol%) foram incorporadas em misturas equimolares de BisGMA e TEGDMA ou BisEMA e TEGDMA. Foram adicionadas também 50% de partículas de vidro de bário (VB), 0,5% de canforoquinona e 0,5% de amina terciária. Como controle, materiais contendo apenas partículas de VB (60%) foram avaliados. O grau de conversão (GC) foi determinado através de near-FTIR (n=3). Através do teste de flexão biaxial foram obtidos resultados de resistência à flexão biaxial (RFB) e módulo de elasticidade (E). Fragmentos dos discos testados em flexão foram selecionados para o teste de microdureza Knoop (KHN). Os espécimes (n=10, 12x01mm) foram fraturados após 1, 30, 60 e 90 dias imersos em solução de NaCl (pH=7,0). Os dados de GC foram submetidos ANOVA de dois fatores (\"monômero\" e \"presença de DCPD\"). Dados de KHN foram analisados através de ANOVA de três fatores (\"monômero\", \"presença de DCPD\" e \"tempo de imersão\"). Comparações múltiplas foram feitas utilizando-se o teste de Tukey. Dados de RFB, E e liberação de íons foram analisados através do teste de Kruskal-Wallis e as comparações múltiplas foram feitas pelo teste de Dunn (alfa=5% em todos os casos). Independentemente da presença de DCPD, materiais contendo BisGMA apresentaram GC estatisticamente maior do que materiais com BisEMA. A substituição de VB por DCDP provocou redução nos valores iniciais de RFB para BisGMA e BisEMA e em E apenas para BisGMA. Materiais com BisGMA apresentaram valores maiores de E e KHN iniciais. Em geral, compósitos com BisGMA apresentaram maiores reduções nas propriedades mecânicas ao final de 90 dias; assim, compósitos contendo BisEMA apresentaram valores finais mais altos de KHN (independente da presença de DCPD) e RFB (apenas para materiais sem DCPD). Após 90 dias, o E e KHN dos materiais com BisGMA foram menores no compósito com DCPD. Ambos compósitos apresentaram valores crescentes de liberação de cálcio ao longo dos 90 dias, não tendo sido detectadas diferenças estatisticamente significantes entre monômeros-base nos períodos de 1, 30 e 90 dias. O compósito contendo BisGMA apresentou liberações de fosfato estatisticamente maiores do que o material com BisEMA para todos os períodos de imersão, exceto após um dia. Após 60 dias a liberação de fósforo foi maior para ambos materiais em comparação aos 30 e 90 dias. Apenas para compósito contendo BisGMA foi verificada uma forte correlação linear entre liberação de cálcio e E (R2=0,990). Com base no exposto, pode-se concluir que: 1) o monômero-base utilizado afetou o GC dos materiais avaliados; 2) a presença de DCPD afetou a RFB inicial dos compósitos; 3) apenas os compósitos contendo BisGMA apresentaram reduções nas propriedades mecânicas após 90 dias; 4) ambos compósitos apresentaram diferenças nas concentrações finais de fosfato, mas não nas concentrações de cálcio liberadas; 5) houve correlação apenas entre liberação de cálcio e E de compósitos contendo BisGMA ao longo do período de imersão. Desta forma, todas as hipóteses nulas testadas devem ser rejeitadas. / The aim of the study was to evaluate the mechanical properties and ion release of experimental composites containing DCPD after different immersion periods. DCPD nanoparticles (10 vol%) were incorporated into equimolar mixtures of either BisGMA and TEGDMA or BisEMA and TEGDMA. Barium glass particles (50 vol%), 0,5% camphorquinone and 0,5% of ethyl 4-dimethylaminobenzoate were also added. Materials containing only barium glass particles (60 vol%) were considered as control groups. Degree of conversion (DC) was determined by near-FTIR (n=3). Biaxial flexural strength (BFS) and elastic modulus (E) were obtained through the biaxial flexural test. Fragments of the disk-shaped specimens tested in flexure were selected to perform the Knoop microhardness test (KHN). Specimens (n=10, 12x1mm) were tested after 1, 30, 60 and 90 days of immersion in NaCl solution (pH = 7.0). DC results were submitted to two-way ANOVA (\"monomer\" and \"presence of DCPD\"). KHN data were analyzed using three-way ANOVA (\"monomer\", \"presence of DCPD\" and \"immersion period\"). Multiple comparisons were made using Tukey test. BFS, E and ion release data were analyzed by Kruskal-Wallis/Dunn test (alpha = 5% in all cases). Regardless of the presence of DCPD, materials containing BisGMA presented statistically higher DC than materials containing BisEMA. Barium glass replacement by DCDP caused a reduction of the initial BFS for BisGMA and BisEMA composites and of initial E only for BisGMA. Materials containing BisGMA presented higher values of initial E and KHN. In general, composites containing BisGMA presented higher reductions in mechanical properties after 90 days. Thus, composites containing BisEMA presented higher final values of KHN (regardless of the presence of DCPD) and BFS (only for materials without DCPD). After 90 days, E and KHN values of materials with BisGMA were lower for the composite containing DCPD. Both composites showed increasing calcium release values during the 90 days, and no statistically significant differences were detected between composites with different monomers at 1, 30 and 90 days periods. BisGMA-containing composites showed a statistically higher phosphate release than the material with BisEMA in all immersion periods, except for one day period. After 60 days the phosphate release was higher for both materials when compared to 30 and 90 days period. Only for composite containing BisGMA a strong linear correlation between calcium release and E (R2 = 0.990) was verified. Based on the above, it can be concluded that: 1) the base-monomer affected the DC of the evaluated materials; 2) the presence of DCPD affected the initial BFS of the composites; 3) only BisGMA-containing composites showed reductions in mechanical properties after 90 days; 4) both composites showed differences in the final concentrations of phosphate, but not for the calcium concentrations; 5) there was a correlation only between calcium release and E of BisGMA-containing composites throughout the immersion period. Therefore, all null hypotheses tested were rejected.

Orientadores: Maria do Carmo Gonçalves, Celso Aparecido Bertran / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Química / Made available in DSpace on 2018-08-25T06:27:22Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Silva_LauraCaetanoEscobarda_M.pdf: 2337508 bytes, checksum: c8a529b70aa1d66dc7e8a4ca0b28ac3e (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: Membranas para regeneração óssea guiada (GBR) são uma nova classe de membranas utilizadas em cirurgias dentárias, que têm a habilidade adicional de induzir o crescimento ósseo. Neste trabalho, foram preparadas membranas GBR de poli('épsilon'-caprolactona) pelo método de inversão de fases induzida por vapor, que foram modificadas pelo crescimento de fosfato de cálcio em sua superfície para obter propriedades de osteoindução, características de membranas GBR. Para promover a modificação de superfície, inicialmente, moléculas aniônicas foram utilizadas como agentes de nucleação, fixando grupos aniônicos na superfície da membrana. Foram avaliados três agentes de nucleação diferentes: ácido esteárico, hidrogenofosfato de bis(2-etilhexila) e hidrogenofosfato de bis(metacriloiloxietila). As membranas foram imersas alternadamente em soluções de nitrato de cálcio e de hidrogenofosfato de diamônio para que as moléculas aniônicas pudessem atuar como sítios de nucleação e crescimento das partículas de fosfato de cálcio. As propriedades térmicas e mecânicas das membranas de poli(épsilon'-caprolactona) não foram alteradas pela presença de agente de nucleação ou de fosfato de cálcio na superfície. No entanto, devido à redução da massa molar do polímero na presença de hidrogenofosfato de bis(2-etilhexila) e de hidrogenofosfato de bis(metacriloiloxietila), observou-se um discreto aumento no grau de cristalinidade da PCL nesses casos. Foi possível obter partículas de fosfato de cálcio na superfície das membranas utilizando-se os três agentes de nucleação propostos, no entanto, a morfologia e estrutura cristalina dessas partículas mostraram-se dependentes da estrutura química do agente de nucleação. As membranas contendo ácido esteárico ou hidrogenofosfato de bis(metacriloiloxietila) que foram submetidas ao tratamento superficial por ciclos de imersão sequencial apresentaram o melhor desempenho nos ensaios de biocompatibilidade. A nova metodologia desenvolvida neste trabalho, envolvendo o preparo de membranas de poli(?-caprolactona) modificadas superficialmente pelo crescimento de fosfato de cálcio mostrou-se bastante promissora na produção de dispositivos bioreabsorvíveis e osteoindutores com características úteis para aplicação na periodontia / Abstract: Guided bone regeneration (GBR) membranes are a new class of membranes for periodontal surgery that have the additional ability of inducing bone formation. The aim of this study was to produce biodegradable GBR membranes based on poly(épsilon'-caprolactone) by vapour induced phase separation whose surfaces were modified by calcium phosphate growth, in order to achieve the osteoinductive properties, a characteristic of GBR membranes. Anionic molecules were used as nucleating agents to promote these surface modifications and were added to the polymeric membranes to generate anionic groups on the surface. Three different nucleating agents were tested: stearic acid, bis(2-ethylhexyl) hydrogenphosphate and bis(-(methacryloyloxyethyl) hydrogenphosphate. The membranes were immersed alternately in calcium nitrate and diammonium hydrogenphosphate solutions so that the anionic molecules could act as nucleating sites for calcium phosphate growth. The thermal and mechanical properties of the poly(épsilon'-caprolactone) membranes did not change in spite of the presence of the nucleating agents nor the calcium phosphate particles on the surface. Nevertheless the crystallinity degree showed a slight increase, due to a decrease in PCL molar mass, in the presence of bis(2-ethylhexyl) hydrogenphosphate and bis(methacryloyloxyethyl) hydrogenphosphate. The calcium phosphate growth on the membrane surface was successfully achieved by using all of the three different nucleating agents, moreover the particle morphology and crystallinity showed a dependence on the nucleating agent chemical structure. The membranes containing stearic acid or bis(methacryloyloxyethyl) hydrogenphosphate that went through the alternating soaking surface treatment showed the best performance on the biocompatibility essays. The new methodology developed in this work for the preparation of poly(?-caprolactone) membranes with surfaces modified by calcium phosphate growth has proven to have good potential to produce bioresorbable and osteoinductive devices with useful properties in periodontic applications / Mestrado / Físico-Química / Mestra em Química