More than one million people worldwide receive some kind of bone graft each year. Grafts are often needed following bone tumour removal or traumatic fractures to fill voids in the bone and to aid in the healing process. The most common method involves bone transplantation, in which bone tissue is taken from one site to fill the defect in another site. The procedure thus involves two surgeries, which leads to an increased risk of complications. New, synthetic graft materials that can be used to fill defects and minimise the complications associated with bone tissue harvesting are therefore necessary. The synthetic materials available today lack the inherent biological factors of bone that stimulate the bone regeneration process. Much of today’s research concerning synthetic bone graft materials aims to solve this issue and researchers have suggested several different strategies. The purpose of this thesis is to improve the performance of acidic calcium phosphate cements, which are materials used as synthetic bone grafts. By combining these cements with drugs or ion additives, local delivery could be achieved with the potential to stimulate bone formation. Two different combinations were attempted in this thesis: cement in combination with simvastatin, or cement in combination with strontium halide salts. Both simvastatin and strontium are known to positively affect bone formation. The efficacy of the cements with the additives was evaluated using different bone cell cultures. The results regarding simvastatin showed that the cement’s mechanical property was not affected upon drug loading, and that the drug was released by a diffusion-controlled mechanism. Moreover, results showed that simvastatin stimulated the bone-forming cells (osteoblasts) to produce more bone tissue, while it inhibited bone-degrading cells (osteoclasts) from degrading the cement. These findings suggest that simvastatin could aid in the bone regeneration process in the local area surrounding the cement. The main purpose of the study using strontium halide salts was to increase the cement’s X-ray contrast, which is a property used to monitor cement during injection. In addition, strontium is believed to positively affect bone cells. The X-ray contrast did increase after the addition of 10 wt% strontium bromide or strontium iodide, while the cell study results did not indicate any significant effects on the bone-forming cells. In the last section of this thesis, zebrafish were used as a model to evaluate bone formation upon treatment with degradation products from synthetic bone grafts. The zebrafish is a small organism with 70 % gene homology to humans; due to its transparency, fast development and ease of handling, it is an interesting model for high-throughput studies. Silicate, which is an ionic degradation product of many different bone substitute materials, was used as a proof-of-concept to visualise bone formation in these fish. The results showed an increased bone formation upon treatment with 0.625 μM silicate ions. The results suggest that this model could be used as a complement to bone cell culture studies in pre-clinical evaluations of the degradation products of bone substitute materials, thus helping researchers to design materials with degradation products that could stimulate bone formation.

Simvastatin, a cholesterol lowering drug, has the capacity to stimulate bone formation along with having anti-inflammatory effects. Incorporating simvastatin to the calcium phosphate cement would result in slow release of the drug stimulating bone formation and by preventing a local inflammation and bone resorption. The main aim is to study and examine the inflammatory response towards calcium phosphate cements in vitro and compare it with cements incorporated with simvastatin.

Calcium phosphate cements are produced by the mixing of calcium phosphate powders in an aqueous solution resulting in a low-temperature synthesized hydroxyapatite. They have been used as bone substitutes and drug delivery systems. The present work examined the possibility of a machine-based modification to this process to derive a standardized preparation method of calcium phosphate cements that could be loaded with Pantoprazole. To examine the characteristics of these novel materials, the following analyses of hand- and machine-made cements, with and without Pantoprazole were undertaken: in vitro surface characterization, dissolution, hydroxyapatite conversion, Pantoprazole delivery, as well as in vivo reparative bone formation and particulate degradation. The in vitro surface characterization, dissolution at different pHs, and drug release analyses showed insignificant differences between hand- and machine-prepared cements. However, machine-made cements showed increased hydroxyapatite conversion, decreased dissolution at pH 7.4, and better in vivo outcomes than commercially available bone-substitute particulate biomaterials.

Calcium phosphate cements are produced by the mixing of calcium phosphate powders in an aqueous solution resulting in a low-temperature synthesized hydroxyapatite. They have been used as bone substitutes and drug delivery systems. The present work examined the possibility of a machine-based modification to this process to derive a standardized preparation method of calcium phosphate cements that could be loaded with Pantoprazole. To examine the characteristics of these novel materials, the following analyses of hand- and machine-made cements, with and without Pantoprazole were undertaken: in vitro surface characterization, dissolution, hydroxyapatite conversion, Pantoprazole delivery, as well as in vivo reparative bone formation and particulate degradation. The in vitro surface characterization, dissolution at different pHs, and drug release analyses showed insignificant differences between hand- and machine-prepared cements. However, machine-made cements showed increased hydroxyapatite conversion, decreased dissolution at pH 7.4, and better in vivo outcomes than commercially available bone-substitute particulate biomaterials.

Os cimentos de fosfato de cálcio apresentam uma série de vantagens de utilização em ortopedia e traumatologia, sendo as mais destacadas a sua biocompatibilidade e bioatividade, as quais permitem a osteocondução dos tecidos ósseos e o endurecimento “in situ”, permitindo maior facilidade de manipulação. Entretanto; através dos métodos convencionais de reação no estado sólido há uma grande dificuldade em se obter a fase α- fosfato tricálcico pura. Com o desenvolvimento deste trabalho foi possível sintetizar a fase α-fosfato tricálcico nanoestruturado com elevado grau de pureza, utilizando-se o método de síntese de combustão em solução. Após os estudos da influência do pH, da natureza do combustível (uréia ou glicina) e dos teores estequiométricos de combustível (0,75; 1,0; 1,5 e 2,0) foi possível definir os melhores parâmetros de síntese (pH 1,5 e combustível uréia em teor duas vezes maior do que o estequiométrico). Com a definição dos parâmetros ótimos de reação, estudou-se a viabilidade de sua utilização como cimento de fosfato de cálcio. Nesta etapa verificou-se a influência do tamanho de partícula através do tempo de moagem. Para tempo de moagem de 180 minutos foram obtidos valores de resistência mecânica à compressão de até 30,4 MPa. Porém após a imersão em solução de plasma sanguineo simulado (SBF) em tempos crescentes de até 28 dias, ocorreu a diminuição desta propriedade o que é indicativo da alta solubilidade dos pós de α-fosfato tricálcico obtidos via síntese de combustão em solução. O ensaio de citotoxicidade In Vitro demonstrou que o CFC sintetizado neste trabalho não apresentou efeito tóxico para as células. Na sequência do trabalho, investigou-se a viabilidade da aplicação do CFC como substituto ósseo e como carga cerâmica em criogéis poliméricos para utilização em engenharia de tecidos. Inicialmente utilizou-se o sistema dimetilaminoetil metacrilato (DMAEMA) com a adição de 5% de um ácido acrílico (ácido acrílico ou ácido metacrílico), porém tal sistema se mostrou muito instável e apresentou baixa reprodutibilidade. Dessa forma, substituiu-se o ácido acrílico pelo monômero hidroxietil metacrilato (HEMA), pelo fato de o último possuir maior estabilidade química e melhores propriedades mecânicas. Com o uso deste sistema foram obtidos arcabouços porosos através do método de criopolimerização com porosidade de até 75% e poros de até 1 milímetro de diâmetro. A adição de α-fosfato tricálcico às estruturas porosas pouco influenciou nas propriedades físicas da rede polimérica e nas propriedades mecânicas dos arcabouços porosos, porém aumentou significativamente a biocompatibilidade destes, permitindo a adesão e a proliferação de células tronco mesenquimais. A presença de colágeno do tipo I e de fosfatase alcalina são bons indicativos de que as células tronco mesenquimais estão se diferenciando em tecido ósseo e demonstram o potencial destes materiais para o seu uso como biomaterial e mais especificamente como substitutos ósseos. / The calcium phosphate cements have a large number of advantages regarding its use in orthopedics and traumatology, being the most prominent its biocompatibility and bioactivity, which allows the osteoconductive of bone tissue and in situ hardening, allowing greater ease of handling. However, the use of conventionals synthesis methods, e.g. solid state reactions, brings great difficulty to the obtainment of highly pure α- tricalcium phosphate phase. In this thesis, the use of the solution combustion synthesis method allowed to synthesize nanostructured α-tricalcium phosphate with high purity. Further studies on pHs influence, fuel natures (urea or glycine) and fuel ratio (0.75, 1.0, 1.5 and 2.0) allowed to define the best synthesis parameters (pH 1.5 and urea fuel content in two times higher than the stoichiometric). After choosing the best paramaters to the obtainment of higly pure α-tricalcium phosphate, we studied the feasibility of their use as calcium phosphate cement (CFC) by studing the influence of particle size by increasing the milling time from 30 to 180 minutes. The better results were found for the milling time of 180 minutes. Compressives strength of up to 30.4 Mpa were obtained for this formulation. However, after soaking the calcium phosphate cements in simulated blood plasma (SBF) in growing times up to 28 days, a decrease in the compressive strenght was noticed, which is an indicative of the high solubility of the α-tricalcium phosphate powders obtained by solution combustion synthesis. After the obtainment of the calcium phosphate cements, its application as bone substitute and as ceramic load in polymeric cryogels for use in tissue engineering were studied. Initially, the system dimethylaminoethyl methacrylate (DMAEMA) with 5% of an acrylic acid (acrylic acid or methacrylic acid) was used, but due its great instability and lack of reproductbility this system was abandoned. Since it has greater chemical stability and good mechanical properties, the monomer hydroxyethyl methacrylate (HEMA) was chosen as pair to the DMAEMA monomer. With the use of this polymeric system, porous scaffolds with porosity of up to 75% and pores up to 1 mm in diameter were obtained by the method of cryopolymerization. The addition of α-tricalcium phosphate to the porous scaffolds did not showed a significant influence on physical properties of the polymer network nether on mechanical properties of porous structures. However, it increased significantly the biocompatibility of the scaffolds, allowing the adhesion and proliferation of mesenchymal stem cells. The presence of type I collagen and alkaline phosphatase are good indicators that mesenchymal stem cells are differentiating into bone tissue and demonstrate the potential application of these materials as biomaterials, more specifically as bone substitutes.

Os cimentos de fosfato de cálcio apresentam uma série de vantagens de utilização em ortopedia e traumatologia, sendo as mais destacadas a sua biocompatibilidade e bioatividade, as quais permitem a osteocondução dos tecidos ósseos e o endurecimento “in situ”, permitindo maior facilidade de manipulação. Entretanto; através dos métodos convencionais de reação no estado sólido há uma grande dificuldade em se obter a fase α- fosfato tricálcico pura. Com o desenvolvimento deste trabalho foi possível sintetizar a fase α-fosfato tricálcico nanoestruturado com elevado grau de pureza, utilizando-se o método de síntese de combustão em solução. Após os estudos da influência do pH, da natureza do combustível (uréia ou glicina) e dos teores estequiométricos de combustível (0,75; 1,0; 1,5 e 2,0) foi possível definir os melhores parâmetros de síntese (pH 1,5 e combustível uréia em teor duas vezes maior do que o estequiométrico). Com a definição dos parâmetros ótimos de reação, estudou-se a viabilidade de sua utilização como cimento de fosfato de cálcio. Nesta etapa verificou-se a influência do tamanho de partícula através do tempo de moagem. Para tempo de moagem de 180 minutos foram obtidos valores de resistência mecânica à compressão de até 30,4 MPa. Porém após a imersão em solução de plasma sanguineo simulado (SBF) em tempos crescentes de até 28 dias, ocorreu a diminuição desta propriedade o que é indicativo da alta solubilidade dos pós de α-fosfato tricálcico obtidos via síntese de combustão em solução. O ensaio de citotoxicidade In Vitro demonstrou que o CFC sintetizado neste trabalho não apresentou efeito tóxico para as células. Na sequência do trabalho, investigou-se a viabilidade da aplicação do CFC como substituto ósseo e como carga cerâmica em criogéis poliméricos para utilização em engenharia de tecidos. Inicialmente utilizou-se o sistema dimetilaminoetil metacrilato (DMAEMA) com a adição de 5% de um ácido acrílico (ácido acrílico ou ácido metacrílico), porém tal sistema se mostrou muito instável e apresentou baixa reprodutibilidade. Dessa forma, substituiu-se o ácido acrílico pelo monômero hidroxietil metacrilato (HEMA), pelo fato de o último possuir maior estabilidade química e melhores propriedades mecânicas. Com o uso deste sistema foram obtidos arcabouços porosos através do método de criopolimerização com porosidade de até 75% e poros de até 1 milímetro de diâmetro. A adição de α-fosfato tricálcico às estruturas porosas pouco influenciou nas propriedades físicas da rede polimérica e nas propriedades mecânicas dos arcabouços porosos, porém aumentou significativamente a biocompatibilidade destes, permitindo a adesão e a proliferação de células tronco mesenquimais. A presença de colágeno do tipo I e de fosfatase alcalina são bons indicativos de que as células tronco mesenquimais estão se diferenciando em tecido ósseo e demonstram o potencial destes materiais para o seu uso como biomaterial e mais especificamente como substitutos ósseos. / The calcium phosphate cements have a large number of advantages regarding its use in orthopedics and traumatology, being the most prominent its biocompatibility and bioactivity, which allows the osteoconductive of bone tissue and in situ hardening, allowing greater ease of handling. However, the use of conventionals synthesis methods, e.g. solid state reactions, brings great difficulty to the obtainment of highly pure α- tricalcium phosphate phase. In this thesis, the use of the solution combustion synthesis method allowed to synthesize nanostructured α-tricalcium phosphate with high purity. Further studies on pHs influence, fuel natures (urea or glycine) and fuel ratio (0.75, 1.0, 1.5 and 2.0) allowed to define the best synthesis parameters (pH 1.5 and urea fuel content in two times higher than the stoichiometric). After choosing the best paramaters to the obtainment of higly pure α-tricalcium phosphate, we studied the feasibility of their use as calcium phosphate cement (CFC) by studing the influence of particle size by increasing the milling time from 30 to 180 minutes. The better results were found for the milling time of 180 minutes. Compressives strength of up to 30.4 Mpa were obtained for this formulation. However, after soaking the calcium phosphate cements in simulated blood plasma (SBF) in growing times up to 28 days, a decrease in the compressive strenght was noticed, which is an indicative of the high solubility of the α-tricalcium phosphate powders obtained by solution combustion synthesis. After the obtainment of the calcium phosphate cements, its application as bone substitute and as ceramic load in polymeric cryogels for use in tissue engineering were studied. Initially, the system dimethylaminoethyl methacrylate (DMAEMA) with 5% of an acrylic acid (acrylic acid or methacrylic acid) was used, but due its great instability and lack of reproductbility this system was abandoned. Since it has greater chemical stability and good mechanical properties, the monomer hydroxyethyl methacrylate (HEMA) was chosen as pair to the DMAEMA monomer. With the use of this polymeric system, porous scaffolds with porosity of up to 75% and pores up to 1 mm in diameter were obtained by the method of cryopolymerization. The addition of α-tricalcium phosphate to the porous scaffolds did not showed a significant influence on physical properties of the polymer network nether on mechanical properties of porous structures. However, it increased significantly the biocompatibility of the scaffolds, allowing the adhesion and proliferation of mesenchymal stem cells. The presence of type I collagen and alkaline phosphatase are good indicators that mesenchymal stem cells are differentiating into bone tissue and demonstrate the potential application of these materials as biomaterials, more specifically as bone substitutes.

Os cimentos de fosfato de cálcio apresentam uma série de vantagens de utilização em ortopedia e traumatologia, sendo as mais destacadas a sua biocompatibilidade e bioatividade, as quais permitem a osteocondução dos tecidos ósseos e o endurecimento “in situ”, permitindo maior facilidade de manipulação. Entretanto; através dos métodos convencionais de reação no estado sólido há uma grande dificuldade em se obter a fase α- fosfato tricálcico pura. Com o desenvolvimento deste trabalho foi possível sintetizar a fase α-fosfato tricálcico nanoestruturado com elevado grau de pureza, utilizando-se o método de síntese de combustão em solução. Após os estudos da influência do pH, da natureza do combustível (uréia ou glicina) e dos teores estequiométricos de combustível (0,75; 1,0; 1,5 e 2,0) foi possível definir os melhores parâmetros de síntese (pH 1,5 e combustível uréia em teor duas vezes maior do que o estequiométrico). Com a definição dos parâmetros ótimos de reação, estudou-se a viabilidade de sua utilização como cimento de fosfato de cálcio. Nesta etapa verificou-se a influência do tamanho de partícula através do tempo de moagem. Para tempo de moagem de 180 minutos foram obtidos valores de resistência mecânica à compressão de até 30,4 MPa. Porém após a imersão em solução de plasma sanguineo simulado (SBF) em tempos crescentes de até 28 dias, ocorreu a diminuição desta propriedade o que é indicativo da alta solubilidade dos pós de α-fosfato tricálcico obtidos via síntese de combustão em solução. O ensaio de citotoxicidade In Vitro demonstrou que o CFC sintetizado neste trabalho não apresentou efeito tóxico para as células. Na sequência do trabalho, investigou-se a viabilidade da aplicação do CFC como substituto ósseo e como carga cerâmica em criogéis poliméricos para utilização em engenharia de tecidos. Inicialmente utilizou-se o sistema dimetilaminoetil metacrilato (DMAEMA) com a adição de 5% de um ácido acrílico (ácido acrílico ou ácido metacrílico), porém tal sistema se mostrou muito instável e apresentou baixa reprodutibilidade. Dessa forma, substituiu-se o ácido acrílico pelo monômero hidroxietil metacrilato (HEMA), pelo fato de o último possuir maior estabilidade química e melhores propriedades mecânicas. Com o uso deste sistema foram obtidos arcabouços porosos através do método de criopolimerização com porosidade de até 75% e poros de até 1 milímetro de diâmetro. A adição de α-fosfato tricálcico às estruturas porosas pouco influenciou nas propriedades físicas da rede polimérica e nas propriedades mecânicas dos arcabouços porosos, porém aumentou significativamente a biocompatibilidade destes, permitindo a adesão e a proliferação de células tronco mesenquimais. A presença de colágeno do tipo I e de fosfatase alcalina são bons indicativos de que as células tronco mesenquimais estão se diferenciando em tecido ósseo e demonstram o potencial destes materiais para o seu uso como biomaterial e mais especificamente como substitutos ósseos. / The calcium phosphate cements have a large number of advantages regarding its use in orthopedics and traumatology, being the most prominent its biocompatibility and bioactivity, which allows the osteoconductive of bone tissue and in situ hardening, allowing greater ease of handling. However, the use of conventionals synthesis methods, e.g. solid state reactions, brings great difficulty to the obtainment of highly pure α- tricalcium phosphate phase. In this thesis, the use of the solution combustion synthesis method allowed to synthesize nanostructured α-tricalcium phosphate with high purity. Further studies on pHs influence, fuel natures (urea or glycine) and fuel ratio (0.75, 1.0, 1.5 and 2.0) allowed to define the best synthesis parameters (pH 1.5 and urea fuel content in two times higher than the stoichiometric). After choosing the best paramaters to the obtainment of higly pure α-tricalcium phosphate, we studied the feasibility of their use as calcium phosphate cement (CFC) by studing the influence of particle size by increasing the milling time from 30 to 180 minutes. The better results were found for the milling time of 180 minutes. Compressives strength of up to 30.4 Mpa were obtained for this formulation. However, after soaking the calcium phosphate cements in simulated blood plasma (SBF) in growing times up to 28 days, a decrease in the compressive strenght was noticed, which is an indicative of the high solubility of the α-tricalcium phosphate powders obtained by solution combustion synthesis. After the obtainment of the calcium phosphate cements, its application as bone substitute and as ceramic load in polymeric cryogels for use in tissue engineering were studied. Initially, the system dimethylaminoethyl methacrylate (DMAEMA) with 5% of an acrylic acid (acrylic acid or methacrylic acid) was used, but due its great instability and lack of reproductbility this system was abandoned. Since it has greater chemical stability and good mechanical properties, the monomer hydroxyethyl methacrylate (HEMA) was chosen as pair to the DMAEMA monomer. With the use of this polymeric system, porous scaffolds with porosity of up to 75% and pores up to 1 mm in diameter were obtained by the method of cryopolymerization. The addition of α-tricalcium phosphate to the porous scaffolds did not showed a significant influence on physical properties of the polymer network nether on mechanical properties of porous structures. However, it increased significantly the biocompatibility of the scaffolds, allowing the adhesion and proliferation of mesenchymal stem cells. The presence of type I collagen and alkaline phosphatase are good indicators that mesenchymal stem cells are differentiating into bone tissue and demonstrate the potential application of these materials as biomaterials, more specifically as bone substitutes.

Malgré les avancées thérapeutiques récentes, le pronostic des patients porteurs de métastases osseuses (MO) reste faible, ce qui incite à chercher des nouvelles stratégies thérapeutiques. Les chimiokines sont des acteurs majeurs de la réponse immune, et apparaissent comme des cibles potentielles de l’immunothérapie anti-cancéreuse. Nous avons recherché à définir si la chimiokine CX3CL1 pouvait représenter un axe thérapeutique efficace dans le contexte des MO. Pour cela nous avons développé des modèles murins de MO de cancer du rein et du poumon. Dans le modèle de MO de cancer du poumon, notre travail a démontré que l'expression de CX3CL1 inhibe la croissance tumorale. L’analyse transcriptomique des tumeurs a montré que CX3CL1 diminue (i) l’ostéloyse via un effet sur la triade OPG/RANKL/RANK (ii) l'expression de certains checkpoints, en faveur d’une réponse immune antitumorale. En revanche, dans le modèle de MO de cancer du rein, l’expression de CX3CL1 stimule le développement tumoral et l'ostéolyse via une action sur la triade OPG/RANKL/RANK et inhibe la réponse immune antitumorale via une augmentation de l'expression de certains checkpoints immunitaires. Les bisphosphonates (BPs) sont des agents utilisés pour le traitement des MO. Afin de réduire leurs effets indésirables, nous avons utilisé des ciments de phosphate de calcium (CPC), pour délivrer localement dans l’os des BPs (alendronate, ALN). Notre travail a mis en évidence que (i) ces ciments chargés en ALN relarguent en continue les BPs, (ii) le relarguage d’ALN est efficace pour induire des effets cytotoxiques et pro-apoptotiques vis à vis des cellules de cancer du sein / Despite recent therapeutic improvments, the prognosis for a patient with bone metastases (BM) remains poor, this situation prompting the research of new therapeutic strategies. Chemokines are central players in the immune response, and appear as potential targets in anti-cancer immunotherapies. We are interested to determine whether the CX3CL1 chemokine exerted pro or anti-tumor actions within the bone metastatic context. To address this issue, we developed mouse models of lung or renal cancer BM. In lung cancer BM model, our work demonstrated that CX3CL1 expression led to tumor growth inhibition. Tumors transcriptomic analysis revealed that CX3CL1: (i) impacted bone metabolism by modulating the OPG/RANKL/RANK triad (ii) decreased the expression of certain immune checkpoints, this up-regulating the anti-tumor immune response. By contrast, in renal cancer BM model, CX3CL1 expression stimulated bone tumor development and transcriptomic analysis showed that CX3CL1 (i) promoted osteolysis through an action on the OPG/RANKL/RANK triad (ii) -induced tumor development correlated with an increased expression of certain immune checkpoints, this down-regulating the anti-tumor immune response. Bisphosphonates (BPs) are targeted agents used for BM treatment. In order to reduce their side effects, we used resorbable calcium phosphate cements (CPC), which are frequently used as bone void fillers, as platform for a local delivery of BPs (alendronate, ALN). As a whole, our in vitro data demonstrated that: (i) ALN-CPC cements continuous released ALN; (ii) this ALN release was effective in inducing cytotoxic and pro-apoptotic effects in breast cancer cells

Nos últimos anos, intensos estudos vêm sendo realizados no que se refere a substitutos ósseos biocompatíveis e absorvíveis, notadamente os cimentos ósseos de fosfato de cálcio, para cirurgias de reconstrução e em engenharia de tecidos. Porém os cimentos de fosfato de cálcio desenvolvidos apresentam baixa resistência mecânica quando comparados com os ossos do corpo humano. Neste contexto, a busca por alternativas para minimizar esse problema tem se intensificado. A obtenção de alfa-fosfato tricálcico por outras rotas de síntese, bem como o desenvolvimento de compósitos de fosfatos de cálcio e hidrogéis têm se destacado nesse ramo. O preparo destes compósitos permite combinar excelentes propriedades como: i) osteocondutividade e capacidade de formar ligações com o tecido ósseo proporcionado pelos fosfatos de cálcio e ii) facilidade de adesão e distribuição de células no interior de scaffolds, proporcionado pelo hidrogel. O objetivo do presente trabalho foi o desenvolvimento de uma nova metodologia de obtenção de alfa-fosfato tricálcico, o preparo de composições de cimentos de fosfato de cálcio e de hidrogéis, bem como a obtenção e caracterização de compósitos destes, visando o melhoramento das propriedades para aplicação como biomaterial Foi possível sintetizar alfa-fosfato tricálcico com elevado grau de pureza, utilizando-se o método de reação via úmida. Após estudos da ordem de adição e concentração dos reagentes foi possível definir os melhores parâmetros de síntese. Com isso verificou-se a influência do tempo de moagem nas propriedades dos cimentos, sendo constatado que para o fosfato de cálcio preparado pela metodologia proposta, não há necessidade de moagem adicional. Foram testadas formulações de hidrogéis utilizando N-vinil-2-pirrolidona e ou ácido acrílico, utilizando três iniciadores: azobisisobutironitrila, persulfato de amônio e 1- hidroxiciclohexil fenil cetona. Pela adição de formulações de hidrogéis ao cimento foi possível obter compósitos com maior absorção de água, mantendo as propriedades mecânicas, o que pode permitir uma melhor adesão celular ao implante sem comprometer sua estrutura. O ensaio de citotoxicidade in vitro demonstrou que o cimento sintetizado neste trabalho não apresentou efeito tóxico para as células. Mostrando, ainda, a adesão e proliferação de célulastronco mesenquimais e de uma linhagem de osteoblastos. / In the last years, intensive studies have been conducted regarding the biocompatible and resorbable bone substitutes, notably calcium phosphate bone cements, for reconstructive surgery and tissue engineering. However, the calcium phosphate cements developed exhibit low mechanical strength when compared with the bones of the human body. In this context, the search for alternatives to minimize this problem has intensified. The obtaining of alphatricalcium phosphate by others synthesis routes, as well as development of calcium phosphate and hydrogels composites has been prominent in this branch. The preparation of these composites allows to combine excellent properties such as: i) osteoconductivity and ability to form bonds with bone tissue, afforded by calcium phosphate and ii) ease of adhesion and distribution of cells in the scaffolds inside, provided by hydrogel. The aim of this work was the development of a new methodology to obtaining alpha-tricalcium phosphate, the preparation of calcium phosphate cements and hydrogels compositions, as well as the obtaining and characterization of composites of these, intended to improve the properties for application as biomaterial. It was possible to synthesize alpha-tricalcium phosphate with high purity using the wet method reaction After studies of the addition order and reagents concentration was possible to define the best synthesis parameters. With that it was verified the influence of milling time on the cements properties to being noted that for the calcium phosphate prepared by the proposed method, there is no need additional milling. Were tested hydrogel formulations using N-vinyl-2-pyrrolidone and/or acrylic acid, using three initiators: azobisisobutyronitrile, ammonium persulfate and 1-hydroxycyclohexyl phenyl ketone. By the addition of the hydrogel formulations to the cement was possible to obtain composites with higher water absorption by keeping the mechanical properties, which may permits better vascularization of the implant without compromising its structure. The in vitro cytotoxicity assay demonstrated that the cement synthesized in this work does not show any toxic effect on the cells. Also, showing the adhesion and proliferation of mesenchymal stem cells and an osteoblast line.

Nos últimos anos, intensos estudos vêm sendo realizados no que se refere a substitutos ósseos biocompatíveis e absorvíveis, notadamente os cimentos ósseos de fosfato de cálcio, para cirurgias de reconstrução e em engenharia de tecidos. Porém os cimentos de fosfato de cálcio desenvolvidos apresentam baixa resistência mecânica quando comparados com os ossos do corpo humano. Neste contexto, a busca por alternativas para minimizar esse problema tem se intensificado. A obtenção de alfa-fosfato tricálcico por outras rotas de síntese, bem como o desenvolvimento de compósitos de fosfatos de cálcio e hidrogéis têm se destacado nesse ramo. O preparo destes compósitos permite combinar excelentes propriedades como: i) osteocondutividade e capacidade de formar ligações com o tecido ósseo proporcionado pelos fosfatos de cálcio e ii) facilidade de adesão e distribuição de células no interior de scaffolds, proporcionado pelo hidrogel. O objetivo do presente trabalho foi o desenvolvimento de uma nova metodologia de obtenção de alfa-fosfato tricálcico, o preparo de composições de cimentos de fosfato de cálcio e de hidrogéis, bem como a obtenção e caracterização de compósitos destes, visando o melhoramento das propriedades para aplicação como biomaterial Foi possível sintetizar alfa-fosfato tricálcico com elevado grau de pureza, utilizando-se o método de reação via úmida. Após estudos da ordem de adição e concentração dos reagentes foi possível definir os melhores parâmetros de síntese. Com isso verificou-se a influência do tempo de moagem nas propriedades dos cimentos, sendo constatado que para o fosfato de cálcio preparado pela metodologia proposta, não há necessidade de moagem adicional. Foram testadas formulações de hidrogéis utilizando N-vinil-2-pirrolidona e ou ácido acrílico, utilizando três iniciadores: azobisisobutironitrila, persulfato de amônio e 1- hidroxiciclohexil fenil cetona. Pela adição de formulações de hidrogéis ao cimento foi possível obter compósitos com maior absorção de água, mantendo as propriedades mecânicas, o que pode permitir uma melhor adesão celular ao implante sem comprometer sua estrutura. O ensaio de citotoxicidade in vitro demonstrou que o cimento sintetizado neste trabalho não apresentou efeito tóxico para as células. Mostrando, ainda, a adesão e proliferação de célulastronco mesenquimais e de uma linhagem de osteoblastos. / In the last years, intensive studies have been conducted regarding the biocompatible and resorbable bone substitutes, notably calcium phosphate bone cements, for reconstructive surgery and tissue engineering. However, the calcium phosphate cements developed exhibit low mechanical strength when compared with the bones of the human body. In this context, the search for alternatives to minimize this problem has intensified. The obtaining of alphatricalcium phosphate by others synthesis routes, as well as development of calcium phosphate and hydrogels composites has been prominent in this branch. The preparation of these composites allows to combine excellent properties such as: i) osteoconductivity and ability to form bonds with bone tissue, afforded by calcium phosphate and ii) ease of adhesion and distribution of cells in the scaffolds inside, provided by hydrogel. The aim of this work was the development of a new methodology to obtaining alpha-tricalcium phosphate, the preparation of calcium phosphate cements and hydrogels compositions, as well as the obtaining and characterization of composites of these, intended to improve the properties for application as biomaterial. It was possible to synthesize alpha-tricalcium phosphate with high purity using the wet method reaction After studies of the addition order and reagents concentration was possible to define the best synthesis parameters. With that it was verified the influence of milling time on the cements properties to being noted that for the calcium phosphate prepared by the proposed method, there is no need additional milling. Were tested hydrogel formulations using N-vinyl-2-pyrrolidone and/or acrylic acid, using three initiators: azobisisobutyronitrile, ammonium persulfate and 1-hydroxycyclohexyl phenyl ketone. By the addition of the hydrogel formulations to the cement was possible to obtain composites with higher water absorption by keeping the mechanical properties, which may permits better vascularization of the implant without compromising its structure. The in vitro cytotoxicity assay demonstrated that the cement synthesized in this work does not show any toxic effect on the cells. Also, showing the adhesion and proliferation of mesenchymal stem cells and an osteoblast line.