Orientador: Eliana Aparecida de Rezende Duek / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-25T20:37:05Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Cabrera_AndreaRodriguesEsposito_D.pdf: 56970103 bytes, checksum: 0ab20c99ece698f3eb8622ada3260515 (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: Estruturas tridimensionais têm sido obtidas por diversas técnicas e representam um importante enfoque no desenvolvimento de suportes porosos para a engenharia tecidual. O objetivo deste trabalho foi desenvolver e caracterizar arcabouços tridimensionais porosos de poli(L-co-D,L ácido lático-co-trimetileno carbonato), PLDLA-co-TMC, obtidos pela técnica de deposição de fibras 3D. Arcabouços do terpolímero PLDLA-co-TMC, nas proporções 70:30 e 50:50, foram obtidos e caracterizados por microscopia eletrônica de varredura, cromatografia de permeação em gel, calorimetria exploratória diferencial, análise termogravimétrica, ensaio mecânico de compressão e estudo de degradação in vitro, os quais evidenciaram suas características amorfas, geometria cilíndrica e poros interconectados. O estudo de degradação in vitro, apresentou expressiva perda das propriedades mecânicas compatíveis com queda na massa molar, acompanhada de alterações na morfologia. Avaliou-se a histocompatibilidade da associação de células-tronco mesenquimais provenientes da medula óssea de coelhos e arcabouços de PLDLA-co-TMC (70:30), obtidos pelo método de evaporação de solvente com adição de sacarose (50%), na regeneração do menisco. Nove coelhos Nova Zelândia foram submetidos a meniscectomia medial total, obtendo-se três tratamentos: implante do arcabouço de PLDLA-co-TMC com pré-cultivo celular, implante de arcabouço de PLDLA-co-TMC puro (sem células) e controle negativo (defeito sem implante). Após 24 semanas, os resultados evidenciaram a presença de fibrocartilagem nos animais tratados com arcabouço polimérico. Contudo, a regeneração obtida com arcabouços de PLDLA-co-TMC pré-cultivados com células-tronco mesenquimais apresentou-se semelhante ao tecido fibrocartilaginoso maduro do menisco normal, tanto macroscopicamente quanto histologicamente. Este estudo demonstrou a eficácia do arcabouço de PLDLA-co-TMC (70:30) na regeneração fibrocartilaginosa e o potencial do pré-cultivo de células mesenquimais na engenharia tecidual, sem o uso de fatores de crescimento. Conclui-se que os polímeros biorreabsorvíveis representam uma alternativa promissora para a regeneração tecidual / Abstract: Three-dimensional structures have been obtained by various techniques and are an important focus in the development of porous scaffolds for tissue engineering. The aim of this study was to develop and characterize three-dimensional porous scaffolds of poly (L-co-D, L lactide-co-trimethylene carbonate), PLDLA-co-TMC, obtained by 3D fiber deposition technique. The PLDLA-co-TMC terpolymer scaffolds, 70:30 and 50:50, were obtained and characterized by scanning electron microscopy, gel permeation chromatography, differential scanning calorimetry, thermal gravimetric analysis, compression mechanical testing and study on in-vitro degradation, which exhibited its amorphous characteristics, cylindrical geometry and interconnected pores. The in-vitro degradation study showed significant loss of mechanical properties compatible with a decrease in molar mass, accompanied by changes in morphology. The histocompatibility association of mesenchymal stem cells from rabbits bone marrow, and PLDLA-co-TMC (70:30) scaffolds, obtained by casting with sucrose (50%), was evaluated in the meniscus regeneration, proving the potential of cell culture at in vivo tissue regeneration. Nine New Zealand rabbits underwent total medial meniscectomy, yielding three treatments: implantation of the seeded PLDLA-co-TMC scaffold, implantation of the unseeded PLDLA-co-TMC and negative control (defect without any implant). After 24 weeks, the results revealed the presence of fibrocartilage in the animals treated with polymer. However, the regeneration obtained with the seeded PLDLA-co-TMC scaffolds with mesenchymal stem cells had become intimal to mature fibrocartilaginous tissue of normal meniscus both macroscopically and histologically. This study demonstrated the effectiveness of the PLDLA-co-TMC (70:30) scaffold in meniscus regeneration and the potential of mesenchymal stem cells in tissue engineering, without the use of growth factors. It is concluded that bioresorbable polymers represent a promising alternative for tissue regeneration / Doutorado / Materiais e Processos de Fabricação / Doutora em Engenharia Mecânica

Orientadores: Cecília Amélia de Carvalho Zavaglia, Antonio Celso Fonseca de Arruda / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-22T11:48:56Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Cardoso_GuineaBrasilCamargo_D.pdf: 9557754 bytes, checksum: 02a2fe1340ad1877992a3e0b603d0ad0 (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: A variedade de sítios anatômicos e diferentes propriedades mecânicas são essenciais para o êxito em cirurgias de reconstrução óssea, com isso tratamentos envolvendo fraturas complexas, perda óssea e próteses são beneficiadas com o uso dos biomateriais. Com o presente estudo, buscou-se uma proposta original no uso de um biomaterial compósito para implantes na região da mandíbula, a singularidade deste dispositivo é a estrutura física do material, que é composto por um núcleo denso em uma matriz porosa. As influências das estruturas e dos materiais utilizados foram analisadas por caracterizações físicas, químicas e as atividades celulares em ensaios in vitro, analisando o comportamento dessas em condições similares ao ambiente de implantação o que permitiu qualificar este biomaterial. Para tanto, foram sintetizados reagentes primários para a síntese de fosfato tricálcico (?-TCP), que ao ser hidrolisado resultou em whiskers de hidroxiapatita. As cerâmicas foram caracterizadas pelas análises de difração de raios X (DRX), fluorescência de raios X (FRX), microscopia eletrônica de varredura (MEV) e ensaio de citotoxicidade. As diversas composições poliméricas e compósitas foram analisadas utilizando os resultados obtidos pelos ensaios de ângulo de contato, calorimetria exploratória diferencial (DSC), microscópio de força atômica (MFA), microscopia óptica com luz polarizada (MO), ensaio mecânico de tração e ensaios in vitro com células U20S. Os suportes tridimensionais passaram por análises como de: ensaio mecânico de compressão e ensaios in vitro com células tronco mesenquimais. Os estudos foram realizados para a verificação do potencial de aplicação clínica desse material na engenharia tecidual óssea. As amostras que se apresentaram mais promissoras foram as de composições poli (?-caprolactona) / ácido oléico/ hidroxiapatita e poli caprolactona/ ácido oléico. Resistência mecânica, hidrofilicidade, rugosidade, cristalinidade, espraiamento celular e osteoindução foram os critérios utilizados neste trabalho. Os resultados obtidos demostraram-se promissores e irão incentivar pesquisas futuras envolvendo estes materiais / Abstract: The variety of anatomical sites and different mechanical properties are essential to the success of surgery bone reconstruction. Treatments involving this complex fractures, bone loss and prosthetics are benefited with the use of biomaterials. In the present study, we sought to an original use of a composite biomaterial for implants in the jaw area; the uniqueness of this device is the physical structure of the material, which is composed of a dense core in a porous matrix. The influences of structures and materials were analyzed by characterizing the physical, chemical and cellular activities in in vitro assays, analyzing the behavior of those in similar conditions to the deployment environment which would allow qualifying this biomaterial. Therefore, primers were synthesized reagents for the synthesis of tricalcium phosphate (?-TCP), which when hydrolyzed resulted in hydroxyapatite whiskers. The ceramics were characterized by analysis of X-ray diffraction (XRD), X-ray fluorescence (XRF), scanning electron microscopy (SEM) and cytotoxicity assay. The various compositions were analyzed using the results obtained by contact angle tests, differential scanning calorimetry (DSC), atomic force microscope (AFM); optical microscopy with polarized light (OM), mechanical tests and in vitro assays with cells U20S. The scaffolds have undergone analyzes as: mechanical compression test and in vitro assays with mesenchymal stem cells. Studies were conducted to verify the potential clinical application of this material in bone tissue engineering. Because the analysis of the results of the characterizations, the samples which were the most promising compositions of poly (?-caprolactone) / oleic acid and poly(?- caprolactone)/ oleic acid/ hydroxyapatite. Mechanical strength, hydrophilicity, roughness, crystallinity, cell spreading and osteoinduction were the criteria used in this work. The results showed to be promising and will encourage future research involving these materials / Doutorado / Materiais e Processos de Fabricação / Doutora em Engenharia Mecânica

Orientador: Rubens Maciel Filho / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-19T03:40:37Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Siqueira_JulianadeFaria_M.pdf: 1753771 bytes, checksum: 3b8feb2d517bd09db69f780a2292e100 (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: Os avanços na medicina moderna, odontologia e engenharia aliados ao aumento da expectativa de vida, permitiram o desenvolvimento de técnicas de biomanufatura e biomateriais que geram uma melhor qualidade de vida. Essas técnicas devem permitir a imitação de estruturas vivas, tanto em forma como em função, tornando possível substituir tecidos defeituosos ou faltantes. Nesse contexto, o estudo e aplicação de poliésteres bioreabsorvíveis como suporte de crescimento celular (ou scaffolds) na engenharia tecidual tem se mostrado uma área muito promissora de pesquisa. Dentre os poliésteres bioreabsorvíveis comumente utilizados, o poli(ácido láctico) (PLA) ocupa posição de destaque devido a sua excelente biocompatibilidade e propriedades mecânicas. O PLA é um termoplástico de alta resistência e é degradado no corpo por simples hidrólise do éster em uma taxa que pode ser controlada. A forma mais comum de se obter PLA de alta massa molecular é via polimerização por abertura de anel do dímero cíclico do ácido láctico, também conhecido como lactide, e o catalisador mais utilizado atualmente é o octoato de estanho ou Sn(Oct)2. Porém, a fim de possibilitar a síntese de um material isento de metais, a utilização de enzimas como catalisadores tem despertado o interesse de estudiosos. Além de serem consideradas atóxicas, as enzimas viabilizam a polimerização sob condições brandas em relação à pressão, temperatura e pH. O objetivo desse trabalho foi fazer um estudo prospectivo sobre as técnicas existentes para a síntese do PLA e sintetizálo a partir de uma rota química, utilizando Sn(Oct)2 como catalisador, e outra enzimática utilizando o biocatalisador Lipase B para futuramente obter biodispositivos para utilização na engenharia tecidual. A massa molecular do polímero foi obtida por GPC e sua estrutura química foi confirmada por FTIR. As propriedades térmicas foram estudadas por DSC e TGA. O PLA obtido a partir da rota química atingiu massa molecular equivalente a 8353 g/mol após 7h de reação a 160°C com 0,1% de Sn(Oct)2. Para a rota enzimática, foi constatado que a policondensação foi mais eficaz em relação à técnica de abertura de anel do lactide e um polímero com massa molecular igual a 1719 g/mol foi obtido depois de 77h de reação a 70°C com 0,5% de Lipase B. Em um comparativo de custos de fabricação, a rota química se mostrou mais atrativa em um primeiro momento, porém foi comprovado que com a reutilização da Lipase B, a polimerização enzimática pode ser viabilizada economicamente / Abstract: The advances in modern medicine, dentistry and engineering, combined with the increase of life expectancy, have allowed the development of techniques for biomanufacturing and biomaterials that create a better life quality. These techniques should enable the mimicking of living structures, both in form and function, making it possible to replace defective or missing tissues. In this context the study and application of bioresorbable polyesters as scaffolds in tissue engineering has shown a very promising area of research. Poly(lactic acid), PLA, stands out among the commonly used bioresorbable polyesters due to its excellent biocompatibility and mechanical properties. PLA is a thermoplastic, high strength and is degraded in the body by simple hydrolysis of the ester at a rate that can be controlled. The most common way to obtain high molecular mass PLA is by ring-opening polymerization of the lactic acid cyclic dymer, lactide, and currently the widely used catalyst for biomedical purposes is Stannous Octoate or Sn(Oct)2. However, in order to enable the synthesis of a metal-free material, the use of enzymes as catalysts has attracted the interest of researchers. In addition to being considered non-toxic, the enzyme enables the polymerization under mild conditions with regard to pressure, temperature and pH. The aim of this work was to make a prospective study on the existing techniques for the synthesis of PLA and synthesize it from a chemical route, using Sn(Oct)2 as catalyst, and from a enzymatic route using the biocatalyst Lipase B for future development of biodevices to be used in tissue engineering. The polymer molecular mass was obtained by GPC and its chemical structure was confirmed by FTIR. Thermal properties were studied by DSC and TGA. PLA obtained from the chemical route reached molecular mass equivalent to 8353g.mol-1 after 7 hours of reaction at 160°C with 0,1% Sn(Oct)2. For the enzymatic route, it was found that the polycondensation was more effective compared to the technique of ring opening of lactide and polymer with a molecular mass of 1719g.mol-1 was obtained after 77 hours reaction time at 70°C with 0,5% of Lipase B. Comparing manufacturing costs, chemical route were more attractive at first, but it was proven that with Lipase reuse enzymatic polymerization can be economically viable / Mestrado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Mestre em Engenharia Química

Made available in DSpace on 2014-08-20T14:30:13Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Tese_Bianca_Palma_Santana.pdf: 5946140 bytes, checksum: fbcbf4959ad9ccac3ca669ef232ffb3b (MD5) Previous issue date: 2011-12-06 / The development of scaffolds for tissue engineering should be biocompatible, where the degradation products should not be cytotoxic, tumorigenic, nephrotoxic or cause any toxic effects to the body. Despite the widespread use in tissue engineering, there is an effort to improve the functionality of this material for future applications. Important parameters should be observed in connection with properties that could influence the behavior of cells: pore size, pore shape, and surface treatment, for example. Among the materials used for the production of scaffolds, natural polymers have been the most widely used, given its high design flexibility and degradability. Scaffolds using nano-materials allow a greater similarity to natural extracellular matrix and these systems could be combined with biological inducers (eglectins) to address specific biological responses. The aim of our research is to obtain an alginate hydrogel functionalized nano/micro fiber based hydroxyapatite and titanium dioxide as well as bioactive substances (lectins), to the application in vitro for later use in the pulp tissue regeneration / O desenvolvimento de scaffolds para aplicação na engenharia tecidual deve ser biocompatível, onde os produtos de degradação não devam ser citotóxicos, tumorigênicos, nefrotóxicos ou causar qualquer outro efeito tóxico ao organismo. Apesar do largo uso em engenharia tecidual, existe um esforço para melhorar a funcionalidade deste material para futuras aplicações. Parâmetros importantes deveriam ser observados em relação às propriedades que poderiam influenciar o comportamento celular: tamanho dos poros, formato dos poros, e tratamento da superfície, por exemplo. Dentre os materiais utilizados pela produção de scaffolds, os polímeros naturais têm sido os mais empregados, dada a sua grande flexibilidade de desenho e degradabilidade. Scaffolds utilizando nano-materiais permitem uma similaridade maior com a matriz extracelular natural e estes sistemas poderiam ser combinados com indutores biológicos (por exemplolectinas) para direcionar respostas biológicas específicas. O objetivo geral de nossa pesquisa é obter um hidrogel de alginato funcionalizado com nano/micro fibras a base de hidroxiapatita e dióxido de titânio, bem como substâncias bioativas (lectinas), visando à aplicação in vitro para futura utilização em regeneração do tecido pulpar

Orientadores: Rubens Maciel Filho, Jorge Vicente Lopes da Silva / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-18T15:30:30Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Senedese_AnaLiviaChemeli_M.pdf: 22505646 bytes, checksum: 1c68dba091d7e2e2fc02cd7387c9852e (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: Em decorrência da grande demanda de transplantes de órgãos e tecidos no Brasil, ha estímulos para criação de terapias alternativas como o desenvolvimento de substitutos biológicos temporários, isto e, scaffolds, através da Bioengenharia e Engenharia Tecidual, descartando a necessidade de doadores. Neste trabalho, foi utilizado o polímero policaprolactona (PCL) para estruturar scaffolds 3D por meio da plataforma experimental de manufatura aditiva Fab@CTI, a qual apresenta um cabeçote de extrusão intercambiável construído para entrada de material em forma de filamento. Uma nova proposta de orientação de raster foi criada para o design dos scaffolds. Foram estruturados scaffolds com raster regular e randômico com poros de 0.25, 0.5 e 1 mm. Analises de Difração de raios-x (DRX), Calorimetria exploratória diferencial (DSC) e Espectroscopia de absorção no infravermelho com transformada em Fourier (FTIR) foram realizadas para verificar possíveis mudanças nas propriedades térmicas do material durante o processamento. Microscopia eletrônica de varredura (MEV) foi feita para checar a morfologia dos scaffolds e medir o diâmetro dos filamentos extrudados na Fab@CTI alem do espaçamento entre eles. Também foram realizadas analises de citotoxicidade e viabilidade celular com células tronco mesenquimais de tecido adiposo. Ainda, utilizando o software modeFRONTIER, foi feita uma simulação de valores de modulo de compressão do PCL possíveis de serem obtidos. Os resultados de DRX e FTIR não mostraram degradação do PCL e o DSC revelou algumas alterações no ponto de fusão e diminuição da cristalinidade. Os scaffolds não se mostraram tóxicos e os modelos com poros de 0.25 mm e raster regular e randômico foram os que apresentaram viabilidade celular / Abstract: Due to the demand for organs and tissues transplants in Brazil, is indeed the creation of new therapies as the development of temporary biological substitutes, ie, scaffolds, through Bioengineering and Tissue Engineering, discarding the require for donors. In this work, we used the polymer polycaprolactone (PCL) to structure 3D scaffolds by the additive manufacturing experimental platform, Fab@CTI, which presents an interchangeable extrusion head build to filaments materials input. A new proposal for random raster was presented to design the scaffolds. Were structured scaffolds with regular and random raster and pores of 0.25, 0.5 and 1 mm. Analysis of X-Ray Diffraction (XRD), Differential Scanning Calorimetry (DSC) and Fourier Transform Spectroscopy (FTIR) were conducted to check for possible changes in thermal properties of the material during the processing. Scanning Electron Microscopy (SEM) was done to check the morphology of scaffolds and measure the diameter of filaments extruded at Fab@CTI beyond the distance between them. Analyses of cytotoxicity and cell viability with mesenchymal stem cells from adipose tissue were also performed. In addition, using the software modeFRONTIER, a simulation of compressive modulus of PCL was done with values possible to obtain. The result of the XRD and FTIR showed no degradation of PCL and DSC revealed some changes in melting point and decrease of crystallinity. The scaffolds were not toxic and models of 0.25 mm pores and both regular and random raster showed cell viability / Mestrado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Mestre em Engenharia Química

Orientador: Marisa Masumi Beppu / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-24T10:04:09Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Moraes_MarianaAgostinide_D.pdf: 3647517 bytes, checksum: a0e6d1b53849e9a302a2f7d322f2e8b7 (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: Neste estudo, a fibroína de seda foi explorada no preparo de materiais micro e nanoestruturados, em estruturas bi- e tridimensionais, visando o uso em biomateriais. Para isto, foi estudada a incorporação de microfibras de fibroína em hidrogéis de colágeno, formando uma estrutura 3D, e a formação de filmes ultrafinos contendo fibroína pelo método layer-by-layer. No primeiro caso, a fibroína de seda foi explorada como um material promissor para reforçar mecanicamente os hidrogéis de colágeno devido às suas ótimas propriedades mecânicas e também por apresentar citocompatibilidade adequada com diversos tipos de células. Os resultados mostraram uma boa interação entre as microfibras de fibroína e as fibrilas de colágeno, além de melhorias na resistência mecânica dos hidrogéis. Os hidrogéis contendo fibroína foram capazes não somente de manter o desempenho biológico do colágeno, mas de melhorar a proliferação celular. Os resultados obtidos sugerem que hidrogéis de colágeno podem ser microestruturados com fibroína de seda e representam um material promissor para uso em engenharia tecidual vascular. Já para o caso dos filmes ultrafinos (2D), foi estudada a formação dos mesmos através do método conhecido como layer-by-layer, pela técnica de imersão de substrato em solução polimérica. Como pares catiônicos foram estudados a quitosana e o hidrocloreto de poli(alilamina), sendo possível controlar a formação de fibrilas nanométricas de fibroína de seda através da variação do par polimérico. Fibrilas alinhadas de fibroína foram observadas no filme layer-by-layer com quitosana, porém no filme com hidrocloreto de poli(alilamina) não foram observadas fibrilas. A densidade de cargas do par polimérico é a característica que governa a formação de fibrilas na escala nanométrica. A etapa de secagem entre cada camada também é fundamental para a formação e estabilização dos filmes, que apresentaram coexistência de conformação molecular seda I e seda II. A viabilidade celular permaneceu entre 90 e 100% em todos os filmes estudados, porém o padrão de topografia imposto pelas fibrilas de fibroína não orientou o crescimento e adesão celular. Filmes finos multicamadas nanoestruturados com fibroína de seda possuem aplicação potencial na área biomédica, como recobrimentos e superfícies funcionais / Abstract: In this study, silk fibroin was explored in the preparation of micro and nanostructured materials, in bi- and tridimensional structures, aiming the use in the biomaterials field. For that, the incorporation of fibroin microfibers in collagen hydrogels forming a 3D structure was studied. We also studied the formation of ultrathin films containing fibroin by the layer-by-layer method. In the first case, the silk fibroin was explored as a promising material to mechanically reinforce collagen hydrogels due to its good mechanical properties and also for having cytocompatibility adequate with several cell types. The results showed a good interaction between fibroin microfibers and collagen fibrils, as well as improvements in the mechanical resistance of the hydrogels. The hydrogels containing fibroin were capable to maintain the biological behavior of collagen and also to improve cell proliferation. The results suggest that collagen hydrogels can be microstructured with silk fibroin and represent a promising material for use in vascular tissue engineering. In the case of the ultrathin films (2D), the formation of these films was studied by the layer-by-layer method, using the technique of substrate dipping in a polymeric solution. Chitosan and poly (allylamine hydrochloride) were used as cationic pair species, being possible to control the formation of nanometric fibrils of fibroin by varying the polymeric pair. Fibroin aligned fibrils were observed in the layer-by-layer film with chitosan, while no fibrils were observed in the film with poly (allylamine hydrochloride). The charge density of the polymeric pair is the main characteristic that governs the fibrils formation at the nanometric scale. The drying step between each layer is also essential for formation and stabilization of the films that show the co-existence of molecular conformation of silk I and silk II. Cell viability between 90 and 100% was attained for all the studied films; however the topographic pattern imposed by the fibroin fibrils did not orient cell adhesion and growth. Multilayer thin films nanostructured with silk fibroin have potential for application in the biomedical field, as coatings and functional surfaces / Doutorado / Engenharia Química / Doutora em Engenharia Quimica

Orientador: Marcos Akira D'Ávila / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-26T13:08:26Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DavilaSanchez_JoseLuis_M.pdf: 7833063 bytes, checksum: 1e3a93b9b918ec86f9810207586b8fad (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: A engenharia tecidual é uma linha de pesquisa que emerge como a sinergia entre diferentes ramos da ciência. É orientada à obtenção de estruturas com características semelhantes à matriz extracelular (ECM) de diferentes órgãos e tecidos, com o objetivo de reparar, regenerar ou restaurar tecido danificado. Surge como uma solução viável para diferentes problemas de saúde, que com tratamentos convencionais têm limitações, principalmente devido à pequena quantidade de doadores. As estruturas que imitam as características da ECM são chamadas de scaffolds. A manufatura aditiva permite fabricar scaffolds com geometria controlada e 100% de interconectividade, mediante a aplicação progressiva de camadas de material. Neste trabalho foram fabricados scaffolds de policaprolactona (PCL) e scaffolds de compósitos de matriz PCL reforçados com ? fosfato tricálcico (?-TCP) para aplicações em tecido ósseo. Foram utilizadas composições de 10, 20 e 30% em peso de reforço. Primeiramente foram definidos os parâmetros de processamento, além disso, foi realizada a caracterização reológica do PCL mediante reometria capilar. Seguidamente foram fabricados scaffolds utilizando o processo de impressão 3D por rosca de extrusão, desenvolvido no Centro de Tecnologia da Informação Renato Archer (CTI). Para a fabricação dos scaffolds foi desenvolvido um software que permite gerar trajetórias de impressão contínuas em curtos tempos. Posteriormente, foram caracterizadas as propriedades térmicas mediante a análise termogravimétrica (TGA) e calorimetria exploratória diferencial (DSC), a morfologia dos scaffolds utilizando microscopia eletrônica de varredura (MEV) e microtomografia computadorizada (Micro-CT), a presença do reforço mediante difração de raios-X (XRD) e a estrutura química mediante espectroscopia no infravermelho por transformada de Fourier (FTIR). A caracterização mecânica foi realizada mediante o ensaio de compressão e a caracterização das propriedades hidrofílicas mediante a medição do ângulo de contato. Finalmente foi feito o ensaio de citotoxicidade in vitro. Os scaffolds fabricados apresentaram boas características morfológicas e propriedades dentro da faixa de aplicações em tecido ósseo. O ensaio de citotoxicidade in vitro mostrou que os scaffolds fabricados têm potencial para serem utilizados em aplicações em tecido ósseo / Abstract: Tissue engineering emerges as the synergy between different scientific fields. Its main objective is to repair, regenerate or restore damaged tissues or organs through the fabrication of structures with similar characteristics to the extracellular matrix (ECM). It is a viable solution to health problems, because conventional treatments have limitations, mainly due to the small number of donors. Structures that mimic the ECM characteristics are known as scaffolds. Additive manufacturing enables the fabrication of scaffolds with controlled geometry and 100% of interconnectivity through the progressive application of material layers. In this work, polycaprolactone (PCL) and PCL composites reinforced with ? tricalcium phosphate (?-TCP) were manufactured for bone tissue applications. Compositions of 10, 20 and 30% by weight of ?-TCP were used. Initially, processing parameters were determined. Furthermore, rheological properties of PCL were obtained by capillary rheometry. Then scaffolds were fabricated by 3D mini-screw extrusion printing, which was developed at the Renato Archer Information Technology Center (CTI). To fabricate scaffolds in short times and with continuous path, generator software was developed. Subsequently, thermal properties were obtained by thermal gravimetric analysis (TGA) and differential scanning calorimetry (DSC), scaffolds morphology using computed microtomography (Micro-CT) and scanning electron microscopy (SEM), the reinforcement presence by X-ray diffraction (XRD) and chemical structure by Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR). Mechanical characterization was performed by compression test and hydrophilic properties were studied by measuring the contact angle of water drops. Finally, cytotoxicity in vitro assay was performed. The fabricated scaffolds have good characteristics and suitable properties. Cytotoxicity in vitro assay shows that the scaffolds have potential for bone tissue applications / Mestrado / Materiais e Processos de Fabricação / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: Gustavo Franco Barbosa / Resumo: O desempenho de tecidos e órgãos de todo organismo vivo, fica naturalmente comprometido com o passar dos anos, e se faz necessário intervenções médicas para eventuais reconstituições ou reparações de tecidos acometidos e danificados por doenças ou lesões. Neste contexto, a Engenharia Tecidual tem trabalhado de maneira interdisciplinar nos campos das Engenharias, Biologia e Medicina, e tem trazido grandes evoluções e opções aos já difundidos transplantes e enxertos ósseos. Nesse âmbito, impulsionado pelas recentes aplicações da tecnologia da manufatura aditiva, novos polímeros termoplásticos biodegradáveis têm sido utilizados com sucesso. Dessa forma, este trabalho de pesquisa tem como propósito principal desenvolver scaffolds 3D mimetizando o osso trabecular, aliando as propriedades de biocompatibilidade e biodegradabilidade do já difundido e certificado PLA (ácido polilático). Assim, os scaffolds 3D de PLA em sua versão comercial, são recobertos com látex natural extraído da Hevea brasiliensis por meio da técnica dip-coating, afim de otimizar a biocompatibilidade, promovendo condições para a angiogênese e proporcionando condições para a migração, diferenciação e proliferação de tecido ósseo, características estas que foram detectadas em estudos recentes deste material com resultados promissores. Com auxílio de softwares CAD, foi possível desenvolver geometrias com interconectividade estruturada, seguidos de definição de parâmetros de processamento e fabricação utilizando a t... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Mestre

Processos fotodinâmicos aplicados a sistemas biológicos têm sido utilizados in vitro e in vivo como uma modalidade terapêutica seletiva e não invasiva em diversas áreas da saúde, incluindo a Medicina Regenerativa. Neste trabalho, propomos o seu estudo na reparação e regeneração tecidual, pela utilização de um fármaco fotossensibilizante associado a um sistema de veiculação e sua ação fotobiológica, monitorada pela atividade celular (sistemas 2D e 3D). Para superar limitações do modelo celular convencional em monocamada, tais como baixa interação célula-célula e célula-matriz extracelular, propomos o uso de modelos tridimensionais de pele (denominados equivalentes dérmicos). Desta forma, algumas condições existentes in vivo podem ser mimetizadas in vitro, conduzindo à observação de um comportamento mais próximo à situação real. Os equivalentes dérmicos foram preparados através do cultivo celular em uma matriz de colágeno tipo I, que foi extraído de tendões da cauda de ratos Wistar. Foram escolhidas duas linhagens celulares para a padronização dos modelos tridimensionais: fibroblastos NIH/3T3 (ATCC® CRL-1658TM) e células-tronco humanas HBMS (Human Bone Marrow-derived Mesenchymal Stem Cells, ATCC® PCS-500-012TM). Os ED produzidos foram monitorados por um período de 14 dias para o estudo do perfil de cinética de contração e também observamos a formação da matriz tridimensional de colágeno através da microscopia óptica. O perfil de contração observado é mais acentuado nos primeiros dias e tende a se estabilizar no final do período analisado. Fatores como concentração celular e de colágeno interferem nesta cinética. Estudos de histologia, microscopia eletrônica de varredura (MEV) e microscopia confocal também foram realizados para melhor caracterizar o modelo. Em uma segunda etapa deste trabalho, estudos de fotobiomodulação foram conduzidos nestes modelos celulares, associando-se o uso de fotoprocessos com luz visível de baixa intensidade (doses 70, 140 e 300 mJ/cm2) e o fármaco fotossensibilizante ftalocianina de cloro alumínio (ClAlPc), veiculado em um sistema de liberação nanoestruturado clássico do tipo nanoemulsão. A expressão de metaloproteinases de matriz (MMPs), enzimas associadas a eventos biológicos de remodelação da matriz extracelular, foi avaliada através da técnica de zimografia. / Photodynamic Process applied to biological systems has been used in vitro and in vivo as selective and noninvasive modality in several areas including Regenerative Medicine. In this research project, we propose to study wound healing and tissue regeneration, induced by the use of a photosensitizer drug into 2D and 3D cellular models. In order to perform experiments with high level of biological complexity, we propose to use three-dimensional tissue models (called dermal equivalents). The aim is to mimic in vitro, the conditions existing in in vivo, such as cell-cell contact and cell-extracellular matrix interactions, which cannot be observed in monolayer cultures. The dermal equivalents were obtained combing fibroblasts cells NIH /3T3 (ATCC® CRL-1658TM) or Human Bone Marrow-derived Mesenchymal Stem Cells (ATCC® PCS-500-012TM) with collagen matrix. Collagen type I was obtained from tail tendons of Wistar rats. The three-dimensional model was monitored over 14 days and to study the kinetic contraction, the diameter of each disc was measured. Also, the collagen matrix was evaluated by bright field microscopy. The classical profile observed is more pronounced in the early days and tends to stabilize at the end of the period. This kinetic can be modified by the concentration of cells and collagen. Histological analyses, scanning electron microscopy (SEM) and confocal microscopy were also important to describe this model. Second, photobiology tests were performed, combining low-intensity laser (70, 140 e 300 mJ/cm2) and a classical Chloro Aluminum Phthalocyanine photosensitizer drug encapsulated into polymeric nanoemulsion. Matrix metalloproteinases (MMPs) expression in the cell culture was evaluated by zymography. These are endopeptidases associated with wound healing and remodeling processes.

A translação da regeneração pulpar com células tronco para a clinica requerirá o uso de scaffolds injetáveis. O objetivo foi estudar o comportamento de células tronco obtidas de dentes decíduos exfoliados (SHED) injetados em canais radiculares de pré-molares humanos com ápice aberto com scaffold de colágeno recombinante humano tipo I (rhC-I) e a base de nanofibras auto-organizáveis (SA). Para determinar a viabilidade e potencial de diferenciação de SHED in vitro, raízes nao instrumentadas foram posicionadas com o ápice em meio de cultura. SHED ressuspendida em rhC e SA foram injetadas nos canais (n=24, 5X105 células/mL). Os controles foram SHED e scaffolds sozinhos. Marcadores para diferenciação odontoblastica (DSPP, DMP-1 e MEPE) foram avaliados semanalmente por RT-PCR por 28 dias. Para avaliar a diferenciação odontoblástica e formação de tecido in vivo, SHED transuzida com GFP foram injetadas em canais radiculares (n=8, 106 célulass/mL) utilizando os mesmos grupos e implantadas subcutaneamente em camundongos imunodeprimidos. O controle (C+) foi um pré-molar humano extraído. Analise estatística foi feita com ANOVA (=0.05). Os marcadores de diferenciação odontoblástica aumentaram para SA e rhC-I mas nao nos controles. Crescimento de tecido pulpar-símile ( do que 60% do comprimento da raiz) foi observado em 75% dos implantes para SA e rhC-I e 0% nos controles. Analise de imunohistoquimica para GFP confirmou a origem tecidual a partir de SHED. PCNA e ensaio de TUNEL mostraram alta ativiade proliferativa e poucas células apoptóticas. Injeções de tetraciclina evidenciaram neoformação de dentina. A densidade microvascular e nomero de odontoblastos delineando a dentinta foi similar em rhC-I, SA e C+. A associação de SHED com scaffolds injetáveis foi capaz de originar um tecido pulpar capaz de produzir dentina e constitui um passo a mais frente ao objetivo de regeneração pulpar em pacientes humanos. / The translation of dental pulp regeneration with stem cells to the clinic will require the use of injectable scaffolds. The aim was to study the behavior of stem cells from exfoliated deciduous teeth (SHED) injected in the root canal of opened-apex human premolars with either recombinant human collagen I (rhC-I) or selfassembling nanofiber (SA) scaffolds. To assess in vitro SHED viability and differentiative potential, non-instrumented roots were set with the apex in culture media. SHED were mixed in rhC-I or SA and injected into canals (n=24, 5X105 cells/mL). Controls were SHED or scaffolds alone. Odontoblastic differentiation markers (DSPP, DMP-1 and MEPE) were assessed weekly by RT-PCR for 28 days. To evaluate odontoblast differentiation and tissue formation in vivo, SHED transduced with GFP were injected in canals (n=8, 106 cells/mL) using same groups and implanted subcutaneously in immunodeficient mice. Positive control (C+) was extracted premolar. Statistic was done with ANOVA (=0.05). Odontoblastic differentiation markers increased in SA and rhC-I but not in controls. Pulp-like tissue growth ( than 60% of root length) was observed in 75% of implants for SA and rhC-I and 0% in controls. GFP staining confirmed SHEDs tissue origin. PCNA staining and TUNEL assay showed high proliferative activity and few apoptotic cells. Tetracycline injections showed newly formed dentin. Microvessel density and odontoblastic-like cell number lining dentin were similar in rhC-I, SA and C+. Injectable scaffolds and SHED allowed for the engineering of a pulp-like tissue and constitute one step forward towards the goal of dental p ulp regeneration in human patients.