Visando o crescente interesse em pesquisa de novos materiais que utilizam polímeros biodegradáveis, este presente trabalho teve como objetivo a síntese de novos copolímeros através da reação de transesterificação no estado fundido entre poli(3-hidroxibutirato) (PHB), um polímero biodegradável, com poli(etileno glicol) (PEG). Sabe-se que um dos grandes problemas no uso do PHB é a sua elevada cristalinidade e instabilidade térmica, pois possui temperatura de fusão entre 170 e 180°C e apresenta degradação térmica a 190°C. A reação de transesterificação é uma alternativa para fazer a modificação química deste polímero, o que também viabiliza a formação de copolímeros anfifílicos triblocos. O objetivo final foi utilizar este novo material para o preparo de nanopartículas poliméricas a partir do método de difusão do solvente. Tais partículas são utilizadas para microencapsulamento de fármacos. Os copolímeros foram sintetizados e caracterizados por ensaio de solubilidade, espectrometria de ressonância magnética nuclear de hidrogênio (RMN), calorimetria diferencial exploratória (DSC), espectroscopia no infravermelho com transformada de Fourier (FTIR), cromatografia de permeação em gel (GPC), análise por difração de Raios-X (WAXS), microscopia ótica de luz polarizada (MOLP) e microscopia eletrônica de varredura (MEV). A indicação de formação de copolímero anfifílico pode ser observada nos ensaios de solubilidade, pois o copolímero mostrou-se parcialmente solúvel em uma série de solventes em que o PHB original é insolúvel. A modificação química pode ser observada com as técnicas de RMN e FTIR, cujos espectros apresentaram absorções referentes ao grupo carbonila da ligação éster. As técnicas de DSC, WAXS e MOLP mostraram uma ligeira redução na cristalinidade do material, além da temperatura de fusão reduzir-se de 171ºC para 154°C. Com o GPC observou-se uma redução da massa molar, o que facilita a formação das nanopartículas poliméricas. As nanopartículas apresentaram tamanhos com diâmetros ao redor de 250nm, quando observadas por MEV. / Aimed at the growing interest in research on new materials using biodegradable polymers, the present work was aimed at the synthesis of new copolymers through transesterification reaction in the molten state of poly (3-hydroxybutyrate) (PHB), a biodegradable polymer, poly (ethylene glycol) (PEG). It is well known that a major problem in the use of PHB is its high crystallinity and thermal instability, as it has melting temperature between 170 and 180° C and shows thermal degradation at 190°C. The transesterification reaction is an alternative to the chemical modification of this polymer, which also enables the formation of amphiphilic triblock copolymers. The mainly goal of this studies was to use this new material for the preparation of polymeric nanoparticles from the solvent diffusion method. Such particles are used for microencapsulation of drugs. The copolymers were synthesized and characterized by solubility test, Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy of Hydrogen (NMR), Differential Scanning Calorimetry (DSC), Infrared Spectroscopy with Fourier transform (FTIR), Gel permeation chromatography (GPC) analysis by X-ray diffraction (WAXS), polarized light optical microscopy (MOLP) and scanning electron microscopy (SEM). The signs of the formation of amphiphilic copolymer can be observed in the trials of solubility, since the copolymer was found to be partially soluble in a variety of solvents in the original PHB is insoluble. The chemical modification can be observed with the techniques of NMR and FTIR spectra which showed absorptions for the carbonyl group of the ester linkage. The techniques of DSC, WAXS and MOLP showed a decrease in crystallinity of the material in 15%, and reduce the melting temperature is 171ºC to 154°C. With the GPC showed a reduction in molar mass, which facilitates the formation of polymeric nanoparticles. The nanoparticles showed sizes with diameters around 250nm observed by SEM.

Visando o crescente interesse em pesquisa de novos materiais que utilizam polímeros biodegradáveis, este presente trabalho teve como objetivo a síntese de novos copolímeros através da reação de transesterificação no estado fundido entre poli(3-hidroxibutirato) (PHB), um polímero biodegradável, com poli(etileno glicol) (PEG). Sabe-se que um dos grandes problemas no uso do PHB é a sua elevada cristalinidade e instabilidade térmica, pois possui temperatura de fusão entre 170 e 180°C e apresenta degradação térmica a 190°C. A reação de transesterificação é uma alternativa para fazer a modificação química deste polímero, o que também viabiliza a formação de copolímeros anfifílicos triblocos. O objetivo final foi utilizar este novo material para o preparo de nanopartículas poliméricas a partir do método de difusão do solvente. Tais partículas são utilizadas para microencapsulamento de fármacos. Os copolímeros foram sintetizados e caracterizados por ensaio de solubilidade, espectrometria de ressonância magnética nuclear de hidrogênio (RMN), calorimetria diferencial exploratória (DSC), espectroscopia no infravermelho com transformada de Fourier (FTIR), cromatografia de permeação em gel (GPC), análise por difração de Raios-X (WAXS), microscopia ótica de luz polarizada (MOLP) e microscopia eletrônica de varredura (MEV). A indicação de formação de copolímero anfifílico pode ser observada nos ensaios de solubilidade, pois o copolímero mostrou-se parcialmente solúvel em uma série de solventes em que o PHB original é insolúvel. A modificação química pode ser observada com as técnicas de RMN e FTIR, cujos espectros apresentaram absorções referentes ao grupo carbonila da ligação éster. As técnicas de DSC, WAXS e MOLP mostraram uma ligeira redução na cristalinidade do material, além da temperatura de fusão reduzir-se de 171ºC para 154°C. Com o GPC observou-se uma redução da massa molar, o que facilita a formação das nanopartículas poliméricas. As nanopartículas apresentaram tamanhos com diâmetros ao redor de 250nm, quando observadas por MEV. / Aimed at the growing interest in research on new materials using biodegradable polymers, the present work was aimed at the synthesis of new copolymers through transesterification reaction in the molten state of poly (3-hydroxybutyrate) (PHB), a biodegradable polymer, poly (ethylene glycol) (PEG). It is well known that a major problem in the use of PHB is its high crystallinity and thermal instability, as it has melting temperature between 170 and 180° C and shows thermal degradation at 190°C. The transesterification reaction is an alternative to the chemical modification of this polymer, which also enables the formation of amphiphilic triblock copolymers. The mainly goal of this studies was to use this new material for the preparation of polymeric nanoparticles from the solvent diffusion method. Such particles are used for microencapsulation of drugs. The copolymers were synthesized and characterized by solubility test, Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy of Hydrogen (NMR), Differential Scanning Calorimetry (DSC), Infrared Spectroscopy with Fourier transform (FTIR), Gel permeation chromatography (GPC) analysis by X-ray diffraction (WAXS), polarized light optical microscopy (MOLP) and scanning electron microscopy (SEM). The signs of the formation of amphiphilic copolymer can be observed in the trials of solubility, since the copolymer was found to be partially soluble in a variety of solvents in the original PHB is insoluble. The chemical modification can be observed with the techniques of NMR and FTIR spectra which showed absorptions for the carbonyl group of the ester linkage. The techniques of DSC, WAXS and MOLP showed a decrease in crystallinity of the material in 15%, and reduce the melting temperature is 171ºC to 154°C. With the GPC showed a reduction in molar mass, which facilitates the formation of polymeric nanoparticles. The nanoparticles showed sizes with diameters around 250nm observed by SEM.

Orientador: Paulo Pinto Joazeiro / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia / Made available in DSpace on 2018-08-07T01:42:36Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Lucchesi_Carolina_M.pdf: 3174282 bytes, checksum: b63549c83e46027b51da37ffd45ad2d7 (MD5) Previous issue date: 2006 / Resumo: O copolímero Poli(hidroxibutirato-co-hidroxivalerato) (PHBV) tem sido intensamente estudado como substrato para a engenharia de tecidos, sendo conhecido como um poliéster hidrofóbico. A modificação da superfície por plasma é uma técnica efetiva e econômica para os materiais e tem ganhado crescente interesse da engenharia biomédica, por melhorar a biocompatibilidade da superfície. Neste estudo, avaliou-se as vantagens da modificação da superfície de membranas de PHBV tratadas por plasma de Oxigênio e Nitrogênio a fim de acelerar o processo de adesão e proliferação celular. O PHBV foi dissolvido em c1oreto de metileno à temperatura ambiente. Membranas de PHBV foram submetidas ao tratamento de plasma de Oxigênio e Nitrogênio, através de um gerador de plasma. As membranas foram esterilizadas por radiação UV por 30 min e colocadas em placas de 96 poços. Células Vero foram semeadas sobre as membranas, sendo determinada a proliferação celular sobre as matrizes, a citotoxicidade e adesão celular. Após 2, 24,48 e 120h de incubação, o crescimento e proliferação dos fibroblastos foram observados por microscopia eletrônica de varredura (MEV). As análises das membranas indicaram que o tratamento por plasma aumentou o ângulo de contato e a rugosidade, alterando a morfologia da superfície, e conseqüentemente, melhorou ocomportamento hidrofílico do polímero. A microscopia eletrônica de varredura das células Vero mostrou que as modificações da superfície proporcionaram melhor adesão, espalhamento e proliferação celular. O tratamento da superfície do polímero somado às suas propriedades químicas é um caminho para obtenção de estruturas aplicáveis a engenharia de tecido / Abstract: The copolymers poly(3-hydroxybutyric acid-co-3-hydroxyvaleric acid) (PHBV) are being intensely studied as a tissue engineering substrate. It is know that Poly(hydroxybutic) (PHB) and their copolymers are quite hydrophobic polyesters. Plasma-surface modification is an effective and economical surface treatment technique for many materiaIs and of growing interest in biomedical engineering. In this study we investigate the advantages of oxygen and nitrogen plasma treatment to modify the PHBV surface to enable the acceleration of Vero cell adhesion and proliferation. PHBV was dissolved in methylene chloride at room temperature. The PHBV membranes were modified by oxygen or nitrogen-plasma treatments using a plasma generator. The membranes were sterilized by UV irradiation for 30 min and placed in 96-well plates. Vero cells were seeded onto the membranes and their proliferation onto the matrices was also determined by cytotoxicity and cell adhesion assay. After 2, 24, 48 and 120h of incubation, growth of fibroblasts on matrices was observed by scanning electron microscopy (SEM). The analyses of the membranes indicated that the plasma treatment increased the contact angle and their roughness, it also changed the surface morphology, and consequently, enhanced the hydrophilic behavior of PHBV polymers. Scanning electron microscopy analysis of Vero cell adhered to plasma treated PHBV showed that the modified surface had allowed better cell attachment, spreading and growth than the untreated membrane. This combination of surface treatment and polymer chemistry is a valuable guide to prepare appropriated surface for tissue engineering application / Mestrado / Histologia / Mestre em Biologia Celular e Estrutural

Orientadores: Sandra Cristina dos Santos Rocha, Nadia Rosa Pereira / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-13T12:37:55Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Godoi_FernandaCondide_M.pdf: 8309659 bytes, checksum: f684e63fdb8ecb9b104155ad92580055 (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: Polihidroxibutirato (PHB) é um poliéster completamente biodegradável e biocompatível. O interesse no desenvolvimento, produção e comercialização do PHB vem crescendo por ser um produto biodegradável e de produção integrada à cadeia de açúcar e álcool. A secagem é uma importante etapa do processo de produção do PHB, pois para o adequado pósprocessamento desse material deve-se garantir um teor de umidade limite de 0,5%. Neste contexto, este trabalho teve como objetivo estudar uma tecnologia de secagem, em um produto inovador e de importância na preservação ambiental. Foi realizado um estudo da fluidodinâmica e dos mecanismos de secagem do PHB em um leito fluidizado pulsado rotativo (LFPR). A escolha do equipamento baseou-se no fato de que o PHB úmido é coesivo e não apresenta fluidização convencional de qualidade. O secador de LFPR utiliza a pulsação do ar para desfazer os aglomerados de PHB melhorando a circulação das partículas dentro do leito. O presente estudo também incluiu a caracterização física do material antes e após a secagem. Para os ensaios de caracterização em que os equipamentos não trabalham em presença de umidade, a liofilização do PHB foi a alternativa encontrada para se caracterizar o material antes da secagem. O PHB apresentou um excelente comportamento fluidodinâmico em LFPR. A frequência de pulsação de 10 Hz foi a que apresentou comportamento mais favorável, com queda de pressão moderada e patamares de estabilidade. Por meio dos ensaios fluidodinâmicos foi possível determinar a velocidade de mínima fluidização vigorosa pulsada (VMV), parâmetro que ajudou a estabelecer a velocidade empregada para os experimentos de secagem. Durante a secagem do PHB foi avaliada a influência que a temperatura, velocidade e frequência de pulsação do ar exercem na cinética de secagem. Verificou-se excelente contato entre as partículas de PHB e o ar aquecido, com elutriação somente nos primeiros 10 minutos de secagem. As curvas de secagem do PHB indicaram períodos de taxa de secagem constante e decrescente. A temperatura e a velocidade do ar influenciaram positivamente o processo. Além disso, foi detectada a existência de um outro solvente além da água nas amostras de PHB, por meio da comparação entre as curvas de secagem obtidas com medidas de umidade feitas em estufa e em Karl Fischer. A análise termogravimétrica (TGA) também ajudou a detectar a presença de outro solvente além da água nas amostras de PHB. Os ensaios de caracterização física mostraram que as condições operacionais de secagem testadas não provocaram a degradação das partículas de PHB. Sob as condições consideradas ótimas de secagem, temperatura de 90 ºC, frequência de 7 Hz e velocidade do ar 0,40 m/s, foi atingida umidade igual a 0,56%, demonstrando a viabilidade do secador LFPR. / Abstract: Poly-hydroxybutyrate (PHB) is polyester, completely biodegradable and biocompatible. The interest on its development, production and commercialization has arisen due to its biodegradability and production integrated to the sugar and alcohol chain. Drying is an important step of the PHB production because an adequate post-processing is achieved only at moisture contents less than 0.5%. The goal of this work was to study a drying technology for this innovative product of relevant importance for the environmental preservation. The fluid-dynamic and drying mechanisms analyses were made in a rotating-pulsed fluidized bed (RPFB). The equipment was chosen based on the fact that the wet PHB is cohesive and doesn't work properly in a conventional fluid bed. The RPFB dryer uses the air pulsation to undo the PHB agglomerate improving the circulation of the particles inside the bed. This study also included the physical characterization of the material before and after the drying. For the characterization tests that wouldn't work with moisture presence, the liophilization was the best alternative to characterize the material before the drying process. The PHBshowed an excellent dynamic behavior in RPFB. The pulsation frequency of 10 Hz presented the most favorable fluid dynamic conditions, resulting in moderate pressure drop and regime stability. Based on the fluid-dynamic study it was possible to determine the minimum vigorous fluidizing air flow (MVF), an important parameter to set the air velocity range for the drying experiments. An excellent contact between the PHB particles and the hot air was obtained during the drying runs, with particles elutriation only during the first 10 minutes. The influence of the temperature, velocity and frequency of air pulsation was evaluated on the drying kinetics. The PHB drying kinetics presented constant and decreasing-rate drying periods. The drying process was positively influenced by the air temperature and velocity. Furthermore, the presence of another solvent additionally to the water was detected in the PHB samples through the comparison between the drying curves obtained with moisture measurements made in an oven and in Karl Fischer equipment. The thermo gravimetric analysis also helped to detect the presence of another solvent in the PHB samples. The physical characterization tests showed that the drying operating conditions didn't cause degradation on PHB particles. The RPFB dryer showed to be a viable technique to dry PHB, as moisture content of 0.56% was reached at optimal operating conditions of air temperature of 90oC, air velocity of 0,40 m/s and frequency of pulsation of 7 Hz. / Mestrado / Engenharia de Processos / Mestre em Engenharia Química

Orientador: Marco-Aurelio De Paoli / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Química / Made available in DSpace on 2018-08-19T12:36:34Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Santos_PauloAparecidodos_D.pdf: 4409534 bytes, checksum: 96efe381105ce71c4086f51f5599d6ce (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: O interesse por polímeros biodegradáveis tem aumentado muito devido ao baixo impacto ambiental dos mesmos. No entanto os polímeros biodegradáveis disponíveis no mercado são frágeis, difíceis de processar e tem alto custo. Uma das técnicas para superar essas deficiências é através de blenda com outros polímeros. Este trabalho avaliou várias composições de blenda PHB / PP, utilizando-se um aditivo pró-degradante deste último, de forma a tornar a formulação oxibiodegradável em solo simulado (ASTM D6003). O comportamento mecânico, térmico e químico de corpos de prova de tração foram analisados através de medidas de resistência à tração, DSC, FTIR, GPC e MEV. Parte das amostras foi envelhecida em estufa a 90 ºC por 10 dias, de forma a acelerar a oxidação do PP pelo aditivo. A blenda composta por 56wt% de PP / 40wt% de PHB / 3wt% de GMA / 1wt% de MnSt foi a mais susceptível à oxibiodegradação, tendo reduzido, depois de 180 dias de enterramento em solo, a tensão de tração por 40%, alongamento na ruptura por 46% e a massa em 24%. Estes valores foram superiores ao próprio PHB puro e o efeito sinérgico ocorrido nestas blendas foi atribuído à aceleração da degradação do PHB pelo PP oxidado / Abstract: The interest in the use of biodegradable polymers has increased recently because of their environmental advantages. Blending them with other polymers is one of the techniques currently employed to overcome their brittleness, poor processing and cost. This work evaluated different blend compositions of PHB / PP, using a pro-degrading additive for this latter, to make the formulation prone to oxi-biodegradability in simulated soil (ASTM D6003). The mechanical and chemical behavior of buried injection molded tensile bars were analyzed through measurements of tensile strength, DSC, FTIR, GPC and SEM. Part of the samples were oven aged at 90 ºC for 10 days in order to accelerate the PP oxidation by the additive. Blends made from 56wt% of PP / 40wt% of PHB / 3wt% of GMA / 1wt% of MnSt were the most susceptible to oxi-biodegradation, having reduced after 180 days of burring in soil, its tensile stress by 40%, tensile elongation by 46% and weight by 24%. These values were higher even than for the pure PHB. This synergic effect on this blend was attributed to a high degradation of PP, which for its turn, facilitated PHB biodegradation / Doutorado / Quimica Inorganica / Doutor em Ciências

Les copolymères à blocs amphiphiles s’auto-assemblent en solution aqueuse grâce à l’association de leurs segments hydrophobes. Les nanoparticules formées à partir de copolymères biocompatibles et biodégradables tels que les poly(hydroxyalkanoates) (PHAs) sont particulièrement attractives pour la conception de systèmes à libération prolongée de principes actifs. La relation entre la composition/structure chimique du copolymère, ses propriétés d’auto-assemblage et ses effets sur les cellules in-vitro doit être étudiée. Des copolymères à blocs poly(acide malique)-b-poly(3-hydroxybutyrate) (PMLA-b-PHB), PMLA-b-PHB-b-PMLA et poly(triméthylène carbonate)-b-poly(acide-malique) (PTMC-b-PMLA) ont été synthétisés par polymérisation par ouverture cycle (ROP) des monomères correspondants, suivie d’une hydrogénolyse. Une gamme de copolymères bien définis, caractérisés par spectroscopie RMN 1H, 13C{1H}, HSQC, HMBC, et DOSY, par analyses SEC, DSC, TGA, et mesure des angles de contact, présentant des balances hydrophile/hydrophobe modulables, a été obtenue grâce au control précis de la fraction hydrophile f (11-82%). Des auto-assemblages modulables ont été formés par nanoprécipitation des copolymères en l’absence d’agent tensio-actif. De larges agrégats ainsi que des micelles cœur-couronne (Rh = 16-335 nm) ont été obtenus en fonction du copolymère utilisé (dibloc vs. tribloc). Des micelles stables pendant 10 jours à 37 °C en solution aqueuse ont été obtenues pour les copolymères avec f allant jusqu’à 50%. Les copolymères PMLA-b-PHB et PTMC-b-PMLA n’ont pas révélé de toxicité aigüe in-vitro. De plus, l’utilisation du PHB a avantageusement permis de diminuer la captation des nano-objets par les macrophages et d’augmenter la captation par les cellules hépatiques. / Amphiphilic block copolymers are able to form self-assembled systems in aqueous solution by association of their hydrophobic segments. Nanoparticles formed from biodegradable and biocompatible polymers such as poly(hydroxyalkanoate) copolymers are particularly attractive for drug delivery applications. The relationship between the chemical structure/composition of the macromolecule, its self-assembly properties and its effect on cells in-vitro has to be studied.The synthesis of poly(-malic acid)-b-poly(3-hydroxybutyrate) (PMLA-b-PHB), PMLA-b-PHB-b-PMLA, and poly(trimethylene carbonate)-b-poly(-malic acid) (PTMC-b-PMLA) was established through the ring-opening polymerization (ROP) of the corresponding monomers followed by hydrogenolysis. A range of well-defined copolymers characterized by 1H, 13C{1H}, HSQC, HMBC, DOSY NMR spectroscopy, SEC, DSC, TGA, contact angle analyses, with tunable hydrophilic/hydrophobic balance were thus obtained through the precise control of the hydrophilic weight fraction f (11-82%). Tunable self-assembled systems were obtained by nanoprecipitation of the amphiphilic PHA-based copolymers without the use of a surfactant. Large aggregates and core-shell micelles (Rh = 16-335nm) were obtained depending on the polymer topology. PHB-based copolymers with f up to 50% formed highly stable micelles at 37 °C over a period of 10 days in aqueous solution. PMLA-b-PHB as well as PTMC-b-PMLA copolymers revealed no acute in-vitro cytotoxicity. The use of PHB as hydrophobic segment enabled to minimize the non-specific scavenging by macrophages cells while the cellular uptake by hepatocytes was favored.

Orientador: Prof. Dr. Arnaldo Rodrigues dos Santos Junior / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC, Programa de Pós-Graduação em Biotecnociência, 2014. / Na engenharia de tecidos, a utilização de uma fonte de celular juntamente com um biomaterial, representa uma alternativa clínica a ser aplicada a pacientes com graves lesões no tecido ósseo. Este estudo teve como objetivo avaliar células Vero, uma linhagem de célula fibroblásticas, e uma linhagem de células-tronco mesenquimais (Rat (SD) Mesenchymal Stem Cells) em testes de biocompatibilidade in vitro com polímeros de poli(hidroxibutirato-co-hidroxivalerato) (PHBV), poli(caprolactona) (PCL) e blendas 75/25 e 50/50 desenvolvidos para a bioengenharia de tecido ósseo. A diferenciação osteogênica das CTMs sobre os polímeros também foi analisada. Os biomateriais foram caracterizados morfologicamente através de Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV), Estereoscópio e Micrômetro. Polímeros porosos se mostram mais espesso que os densos. Através das imagens obtidas nota-se a distribuição, tamanho e morfologia dos poros, notando que os polímeros se mostram com características condizentes a de outros trabalhos. As células Vero e células-tronco mesenquimais (CTMs) foram cultivadas sobre as amostras citadas. Realizamos o ensaio com o MTT, análise morfológica e citoquímica. Para as CTMs fizemos ainda ensaios para avaliar a diferenciação osteogênica (fosfatase alcalina e vermelho alizarina). Nenhum dos polímeros foi considerado tóxico para as células Vero e na maioria deles foi notada atividade celular, camadas de células bem distribuídas. As blendas 50/50 mostraram resultados um pouco inferiores, quanto ao MTT, essa blenda porosa demonstrou ser a uma amostra onde adesão ocorre de forma bem mais lenta, os demais polímeros apresentaram resultados semelhantes e até superiores ao controle positivo de adesão, principalmente o PCL denso. Apesar das amostras 50/50 densa e porosa não se mostrarem tóxicas, aparentemente não funcionam com bons substratos como os demais polímeros, também apresentaram várias dificuldades na técnica de preparação, sendo assim descartadas. A relação das CTMs com os biomateriais se mostrou semelhante aos resultados com Vero. As células foram capazes de se espalhar por quase toda a superfície dos polímeros inclusive entre os poros dos materiais porosos. As CTMs apresentaram resultados de adesão (MTT) sobre os polímeros, mais rápido do que a Vero, demonstrando também maior afinidade pelo PCL denso. Através da análise da atividade da enzima fosfatase alcalina (usada como marcador de diferenciação), notamos que as células-tronco se mostraram capazes de se diferenciar em contato com os polímeros. Esses dados foram confirmados com o vermelho de alizarina, que também mostrou que a diferenciação celular se mostra um pouco mais lenta nos materiais do que nas placas. De uma forma geral os polímeros com exceção das blendas 50/50 se mostraram como bons substratos para as células, com ausência de toxicidade, características morfológicas dentro do recomendado e, além disso, não bloqueiam respostas biológicas específicas, como a diferenciação osteogênica. / In tissue engineering, the use of a cell source coupled with biomaterial represents a clinical alternative which can be applied to patients with severe bone damage. This study aimed to evaluate the biocompatibility between Vero a fibroblastic cell line and Mesenquymal stem cells (Rat (SD) MSC) with biomaterials developed as scaffolds for bone tissue engineering, bioresorbable polymers composed of poly ( hydroxybutyrate-co-hydroxyvalerate ) [ PHVB ] and poly ( caprolactone ) [ PCL ] pure and ratios of (75 /25) and (50 /50) blends. The osteogenic differentiation of MSCs on the polymers was also analyzed. Morphological characterization of the materials was performed by Scanning Electron Microscopy (SEM), Stereoscope and micrometer. The porous polymers are thicker than dense. Through the images obtained it is possible to note distribution, morphology and pore size. The biomaterials seem to the same consistent characteristics of other studies. Vero cells and mesenchymal stem cells (MSCs) were cultured on the samples mentioned. We performed the assay with MTT, morphological and histochemical analysis. About MSCs we also evaluated the osteogenic differentiation (alkaline phosphatase and Alizarin red). None of the polymers was considered toxic to Vero cells and most of them presented cellular activity, layers of well-distributed cells was noted in most of them. However 50/50 blends showed no such significant results as other. In the MTT assay, this porous blend demonstrated to be the only sample where adhesion occurs more slowly, other polymers showed similar and even higher results than the adhesion positive control, especially the dense PCL. Although the dense and porous 50/50 samples do not show toxic, apparently they are not good substrates as the other polymers, also presented several difficulties in their preparation thus being discarded. The ratio of MSCs with biomaterials was similar to the Vero cells results. They were able to spread to almost all surface of the polymers including into the pores of porous materials. MSCs showed adhesion (MTT) faster than the Vero cell, also demonstrated a greater affinity for dense PCL sample. Through analysis of the enzyme alkaline phosphatase activity (used as a marker for differentiation), we noticed that the stem cells showed differentiation into contact with the polymers. These data were confirmed by alizarin red, which also showed that the cell differentiation was slower on the materials than on the plates. In general all the polymer blends but the 50/50 proved to be good substrates for cells, with no toxicity, morphological characteristics within recommended and in addition do not block specific biological responses, such as osteogenic differentiation.

Orientadores: Paulo Pinto Joazeiro, Eliana Aparecida de Rezende Duek / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia / Made available in DSpace on 2018-08-15T19:20:15Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Lucchesi_Carolina_D.pdf: 5696358 bytes, checksum: 89bc8546c0a1d6b5a11d7260168dd236 (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: Os polímeros biorreabsorvíveis, tais como, PHB, PCL e PLGA, têm sido estudados como dispositivo para engenharia de tecidos por serem biocompatíveis, suportarem o crescimento e diferenciação celular e os produtos de sua degradação serem atóxicos. No entanto, a escolha do biomaterial depende das necessidades exigidas para uma determinada aplicação. Os suportes para engenharia de tecidos devem se basear na construção de réplicas biológicas in vitro, como que o biomaterial se tornasse parte integrada para transplante in vivo para a recuperação de perdas ou mau funcionamento de tecidos ou órgãos, devendo subseqüentemente, atuar sem agredir o restante do organismo, isto é, sem o risco de rejeição ou complicação. Muitas estratégias têm sido desenvolvidas com o intuito de substituir tecidos ou órgãos danificados, incluindo a aplicação de suportes tridimensionais (3D), os quais devem possuir características estruturais e mecânicas para guiar a proliferação e espalhamento de células in vitro e in vivo. Os suportes, feitos de materiais sintéticos ou naturais, servem como substitutos para a matriz extracelular (MEC) nativa. Ênfase especial é dada as técnicas com controle computadorizado, como a fabricação sólida com forma livre (SFF), conhecida como prototipagem rápida (RP), a qual permite preparar suportes 3D com geometrias complexas, tanto externamente como internamente, além de ser uma técnica rápida e de baixo custo. Além disso, grande parte dos polímeros possuem superfície hidrofóbica, característica inadequada para a maior parte dos diferentes tipos celulares, o que dificulta aplicação na engenharia de tecidos. Uma alternativa a este problema é o tratamento da superfície por plasma. Este tratamento induz modificação restrita ao topo da superfície, conferindo carater hidrofílico à superfície, dependendo do gás utilizado. Neste estudo, arcabouços de polímeros biorreabsorvíveis PCL, PLGA e PHB foram preparados por diferentes técnicas, casting e sinterização seletiva a laser, avaliando-se o comportamento de células osteoblásticas diferenciadas sobre os biomateriais poliméricos tridimensionais. Inicialmente o trabalho foi desenvolvido com os polímeros PCL e PLGA preparando-se blendas poliméricas, as quais demonstraram melhorar as características gerais dos polímeros, quando utilizados como dispositivos para tecido ósseo, como as propriedades mecânicas. Com o intuito de aprimorar o design tridimensional do material, optou-se pela realização da técnica de sinterização seletiva a laser. No entanto, a técnica exige uma grande quantidade de material e devido ao alto do custo do PCL e PLGA, este foi substituído pelo polímero PHB, o qual é produzido pela indústria nacional Biocycle possuindo um baixo custo e ainda ser biocompatível. Os dados são apresentados em capítulos independentes. Arcabouços porosos de PCL, PLGA e suas blendas foram preparados pela técnica de evaporação do solvente, onde sais de citrato de sódio com granulometria de 180-250 µm, foram adicionados a solução para a promoção dos poros, sendo posteriormente lavados do arcabouço. Células osteoblásticas provenientes de calota craniana de ratos Wistar foram semeadas sobre os arcabouços, sendo avaliado o comportamento de citoxicidade do material e o comportamento de adesão e morfologia celular através de ensaios bioquímicos e MEV. Os arcabouços de PHB foram obtidos por uma das técnicas de RP, a sinterização seletiva a laser (SSL), sendo sua superfície modificada por plasma pelos gases oxigênio e nitrogênio. Células osteoblásticas provenientes de calota craniana de coelhos foram semeadas sobre os arcabouços realizando-se o estudo in vitro, através de análises bioquímicas pela técnica do MTT, para viabilidade e adesão celular, quantificação de colágeno por Sírius Red e Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV). Para o estudo in vivo, após o cultivo celular sobre os arcabouços, defeitos ósseos foram provocados em coelhos e os arcabouços contendo as células foram então implantados, avaliando-se a interação PHB/osteoblasto/tecido, através da análise histológica. Todos os arcabouços estudados, PCL, PLGA e suas blendas, assim como o PHB, não apresentaram índices de citotoxicidade, permitiram às células a capacidade de adesão, proliferação e síntese de matriz, mantendo seu fenótipo osteoblástico. As amostras de PHB tratadas por plasma de Nitrogênio mostrou melhorar a capacidade de adesão celular. Os arcabouços de PHB contendo células mostraram-se os mais adequados para o preenchimento de defeitos ósseos, melhorando o processo de regeneração apresentando uma boa osteointegração. A sinterização seletiva a laser apresentou-se uma excelente técnica para a obtenção de PHB 3D para a Engenharia de Tecidos. / Abstract: The bioresorbable polymers as, PHB, PCL and PLGA have been studied as device for Tissue Engineering for their biocompatibility and to support the cell growth and differentiation and their degradation products are nontoxics. However, the choice of the biomaterial depends on the needs demanded for a certain application. The scaffolds for tissue engineering have to be designed to mimetize the biological conditions in vitro to became part integrated for transplant for the recovery of tissue or organs lost or without function, and subsequently, to work in a cordial way with the remaining of the organism without the rejection risk or complication. A lot of strategies have been developed with to substitute damaged tissues or organs, and it has been used the application of three-dimensional supports (3D), which should possess structural and mechanical applications to guide the cells proliferation and spread in vitro and in vivo. The scaffolds, made from synthetic or natural materials, serve as substitutes for the extracellular matrix (ECM) native. Special emphasis is given the techniques with computerized control, as the free solid form (SFF), known as rapid prototyping (RP), which allows to prepare three-dimensional supports with complex geometries, so much externally as internally, besides to be a fast technique with low cost. Besides, great part of the polymers possess hydrophobic surface, inadequate characteristic for most of the different cell types, which is not desirable for tissue engineering applications. An alternative to this problem is the surface treatment by plasma. Plasma treatment induces restricted modification to the top of the surface, improving the surface hydrophilicity, depending on the gas used. In this study, scaffolds of bioresorbable polymer PCL, PLGA e PHB were prepared by different techniques, casting and selective laser sintering, being evaluated the osteoblast cells behavior on the 3D polymer scaffolds. Previously we developed the studies preparing the polymeric blends with PCL and PLGA, which demonstrated improve the general characteristic of the material, as the mechanical properties, as devices for bone tissue. With the intention to improve the design of the scaffolds, we chose for the selective laser sintering technique. However, the technique demands a great amount of material and due to the high cost of PCL and PLGA, those weres substituted by PHB polymer, which is produced by Brazilian industry Biocycle with low cost and still to be biocompatible. For those reasons the data are presented in independent chapters. PCL, PLGA porous scaffolds and their blends were prepared those scaffolds by casting solvent, and sodium citrate with 180-250 µm were added to the solution for porous formation when the salt was washed later of the scaffolds. Osteoblast cells from rat Wistar calvaria were seemed on the scaffolds, being evaluated the behavior of cell adhesion and viability behavior, cell morphology through biochemical assays, and scanning electron microscopy. Three-dimensional PHB scaffolds were obtained by selective sintering laser (SSL), with the surface modified by nitrogen and oxygen plasma. Osteoblast cells obtained from rabbit calvaria were seemed on the scaffolds to the in vitro studies, through biochemical analyses by MTT test for cell viability and cell adhesion, collagen quantification of by Sirius Red colorimetric assay and scanning electron microscopy (SEM). For the in vivo studies, bone defects were provoked in rabbits and they were filling out with 3D PHB with osteoblast cells culture prior implant. We evaluated the PHB/osteoblast/tissue, interaction through the histological analysis. All the scaffolds studied PCL, PLGA and their blends, as well as the PHB did not showed cytotoxicity effects, allowed cells adhere, proliferated, and matrix synthesized, maintaining their osteoblastic phenotype. The PHB samples treated by nitrogen plasma have been showed to improve the cell adhesion. The PHB scaffolds with cell seeded previously demonstrated to be more suitable for filling out bone defects, improving the regeneration process showing a good osteointegration. The selective laser sintering was excellent technique to obtain PHB scaffolds for Tissue Engineering. / Doutorado / Biologia Celular / Doutor em Biologia Celular e Estrutural

Conselho Nacional de Pesquisa e Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPq / Materials based on polyhydroxybutyrate (PHB), chitosan (CHI) and fibroin (SF) are biocompatible and attractive for applications in bone tissue engineering. In this work, 3D scaffolds of PHB/CHI and PHB/CHI/SF in different proportions was prepared, characterized and evaluated the in vitro behavior: group I: PHB/CHI (50:50 wt.%), group II: PHB/CHI/SF (50:45:5 wt.%) and group III: PHB/CHI/SF (50:35:15 wt.%). The scaffolds were produced by the lyophilization method of the components mixtures. The physical-chemical characterization of the scaffolds was performed by X-ray diffraction, infrared spectroscopy, scanning electron microscopy and thermogravimetric analysis. A highly porous nature was revealed by SEM analysis of the scaffolds. The FTIR analysis revealed that the constituents used in the preparation of the scaffolds interacted chemically with each other. Thermal analysis showed that fibroin increases the thermal stability of the scaffolds. The viability and cell proliferation were assessed by the MTT method and the cytotoxicity results showed that all scaffolds are non- cytotoxic. In addition, the scaffolds stimulated cell proliferation and are promising for tissue engineering applications. / Materiais à base de polihidroxibutirato (PHB), quitosana (QUI) e fibroína (SF) são biocompatíveis e atrativos para aplicações na engenharia tecidual óssea. Neste trabalho foi preparado, caracterizado e avaliado o comportamento in vitro de arcabouços 3D de PHB/QUI/SF em diferentes proporções: grupo I: PHB/QUI (50:50 % em massa), grupo II-PHB/QUI/SF (50:45:5 % em massa) e grupo III- PHB/QUI/SF (50: 35:15 % em massa). Os arcabouços foram produzidos pelo método da liofilização das misturas dos componentes dos três grupos. A caracterização físico-química dos arcabouços foi realizada por difração de raios X, espectroscopia no infravermelho, microscopia eletrônica de varredura e análise termogravimétrica. A análise de MEV mostrou que os arcabouços 3D apresentam uma boa porosidade. Por FTIR observou- se que os componentes utilizados na preparação dos arcabouços interagiram quimicamente entre si. As análises térmicas indicam que a fibroína aumenta a estabilidade térmica dos arcabouços. A viabilidade e a proliferação celular foram avaliadas pelo método do MTT e os resultados de citotoxicidade mostraram que ambos os arcabouços não são citotóxicos. Além disso, os arcabouços estimularam a proliferação celular, sendo promissores para aplicações em engenharia tecidual.