Hard tissue engineering holds the promise of restoring the function of failed hard tissues and involves growing specific cells on extracellular matrix (ECM) to develop &bdquo / &bdquo / tissue-like&rdquo / structures or organoids. Chitosan is a linear amino polysaccharide that can provide a convenient physical and biological environment in tissue regeneration attempt. To improve chitosan&amp / #8223 / s mechanical and biological properties, it was blended with another polymer gelatin. 1-ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl)-carbodiimide (EDC) and N-hydroxysuccinimide (NHS) were used to crosslink the chitosan-gelatin matrix to produce stable structures. These natural polymers are mechanically weak especially to serve as a bone substitude and therefore, an inorganic calcium phosphate ceramic, hydroxyapatite, was incorporated to improve this aspect. The objective of this study was to develop chitosan-gelatin/hydroxyapatite scaffolds for a successful hard tissue engineering approach. For this reason, two types of hydroxyapatite, as-precipitated non-sintered (nsHA) and highly crystalline sintered (sHA) were synthesized and blended into mixtures of chitosan (C) and gelatin (G) v to produce 2-D (film) and 3-D (sponge) structures. The physicochemical properties of the structures were evaluated by scanning electron microscopy, X-Ray Diffraction (XRD), Fourier Transform Infrared-Attenuated Total Reflectance spectrometer (FTIR-ATR), differential scanning calorimetry, contact angle and surface free energy measurements and swelling tests. Mechanical properties were determined through tensile and compression tests. In vitro cell affinity studies were carried out with SaOs-2 cells. MTS assays were carried out to study cell attachment and proliferation on the 2-D and 3-D scaffolds. Several methods such as confocal, fluorescence and scanning electron microscopy were used to examine the cell response towards the scaffolds. Cell affinities of the samples were observed to change with changing chitosan-gelatin ratio and hydroxyapatite addition into the matrices. XRD and FTIR results confirmed the purity of the hydroxyapatite synthesized. Mechanical test results showed that 2-D and 3-D chitosan-gelatin/hydroxyapatite constructs have similar properties as bones, and in vitro studies demonstrated that the prepared matrices have the potential to serve as scaffold materials in hard tissue engineering applications.

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

Evidence shows there is no ideal membrane, i.e., biocompatible, biodegradable, with adequate mechanical and physical properties that enable reorganization of periodontal tissues. Eletrospinning technique has demonstrated good processing results on scaffolds made from polymers. Nanofibrous formed by this technique have characteristics that resemble the extracellular matrix. The aim of this study was to evaluate the biocompatibility of nanofibrous polydioxanone scaffolds (PDS II®) containing metronidazole or ciprofloxacin in subcutaneous implantation model in rats Wistar. PDS II® is biocompatible polyester having various applications in the medical field. Our conceptual hypothesis considers that scaffolds with antimicrobials have similar inflammatory behavior when compared to PDS positive control. Sixty adult male rats were randomized into 6 groups: negative control (SHAM) animals with incision and surgical pocket, without scaffold; positive control (PDS) animals with PDS scaffolds; 1MET animals with one PDS scaffold containing 25%wt metronidazole; 2MET animals with two PDS scaffolds containing 25%wt metronidazole, 1CIP animals with PDS scaffolds containing 25%wt ciprofloxacin; 2CIP animals with two PDS scaffolds containing 25%wt ciprofloxacin. Animals were euthanized at 3 days (n=30) and 30 days (n=30), corresponding to initial and late inflammatory responses, respectively. Outcomes measures were the degradation of collagen fibers (Picrosirius Red and Masson´s trichrome), activity of cellular enzyme (Myeloperoxidase activity and N-acetyl-β-D-glucosaminidase activity) and local oxidative profile (reactive oxygen species, lipid peroxidation, protein carbonyl, vitamin C, catalase and reduced glutathione). Dara were analyzed statistically (p<0.05) by two-way ANOVA (treatment and time). Collectively, results show that antibiotics scaffolds have a lower inflammatory response compared to PDS group. Among the nanofibers with antibiotics, the group showed better early and late inflammatory response was 2CIP. The findings of this research suggest the potential study of these scaffolds with metronidazole and ciprofloxacin in regenerative models, able to confirm the effectiveness of these artificial matrices for periodontal regeneration. / Evidências mostram que não há membranas ideais, ou seja, biocompatíveis, biodegradáveis, com propriedades mecânicas e físicas adequadas que permitam a reestruturação dos tecidos periodontais. A técnica do eletrospinning tem demonstrado bons resultados no processamento de scaffolds confeccionados a partir de polímeros. As nanofibras formadas por esta técnica possuem características que se assemelham a matriz extracelular. O objetivo do presente estudo foi avaliar a biocompatibilidade de scaffolds nanofibrosos de polidioxonona (PDS II®) contendo metronidazol ou ciprofloxacina em modelo de implantação subcutânea em ratos Wistar. A PDS II® é um poliéster biocompatível com diversas aplicações na área médica. Nossa hipótese conceitual considerou que scaffolds com antimicrobianos teriam semelhante comportamento inflamatório quando comparados ao controle positivo PDS. Sessenta ratos machos adultos foram randomizados em seis grupos: controle negativo (SHAM) - animais com incisão e loja cirúrgica, ausentes de scaffolds; controle positivo (PDS) - animais com scaffolds de PDS, 1 scaffold PDS com 25%wt de metronidazol (1MET), 2 scaffolds PDS com 25%wt de metronidazol (2MET), 1 scaffold PDS com 25%wt de ciprofloxacina (1CIP), 2 scaffolds com 25%wt de ciprofloxacina (2CIP). Os animais foram eutanasiados em 3 (n=30) e 30 dias (n=30), correspondendo a resposta inflamatória inicial e tardia, respectivamente. Os desfechos avaliados foram degradação de fibras colágenas (Picrosírius Red e Tricrômico de Masson), atividade de enzimáticas celulares (mieloperoxidase e N-Acetil β-D-Glicosaminidase) e perfil oxidativo local [espécies reativas de oxigênio (ROS), peroxidação lipídica (LP), proteína carbolinada (PC), catalase (CAT), vitamina C (VIT.C) e glutationa reduzida (GSH)]. Os dados foram analisados estatisticamente (p<0,05) através do teste Two-way ANOVA (tratamento e tempo). Coletivamente, os resultados mostram que scaffolds com antibióticos possuem menor resposta inflamatória se comparado ao grupo PDS. Entre as nanofibras com antibióticos, o grupo que apresentou melhor resposta inflamatória inicial e tardia foi 2 CIP. Os achados desta pesquisa sugerem o potencial estudo destes scaffolds com metronidazol e ciprofloxacina em modelos regenerativos, capazes de confirmar a efetividade dessas matrizes artificiais para a regeneração periodontal.

Este trabalho visou estudar a integração de implantes de colágeno aniônico:elastina obtidos a partir de pericárdio bovino acelularizado e com densidade de carga negativa variável. As cargas negativas foram introduzidas na forma de grupos carboxílicos, por hidrólise seletiva e controlada de grupos carboxamidas de asparagina e glutamina contidos na estrutura primária da proteína. Foram estudados materiais hidrolisados por 24 e 48 horas de tratamento correspondendo, respectivamente, a 46 '+ OU -' e 87 '+ OU -' cargas negativas adicionais em relação ao colágeno nativo. Os implantes foram introduzidos no subcutâneo de rato por tempos de 14, 60, 120 e 180 dias. Os materiais foram caracterizados por análise térmica, microscopia eletrônica de varredura e de transmissão, e os explantes avaliados por microscopia de luz (colorações de Hematoxilina: Eosina, tricrômico de Masson e Verhoeff). O objetivo foi avaliar o uso de matrizes com colágeno modificado para a reconstrução de tecidos moles. Diferentemente do tecido nativo (pericárdio bovino), a resposta biológica de matrizes de colágeno:elastina polianiônica após 14 dias do implante foi caracterizada por uma progressiva redução na fibrose, porém mais importante, não foram observadas células características de resposta inflamatória crônica, particularmente nos materiais tratados quimicamente. Após 180 dias, a maioria dos implantes estavam integrados à região implantada. Tais resultados sugerem que matrizes acelulares de colágeno:elastina preparadas pela desvitalização de tecido natural podem ser suportes bastante úteis para a reconstrução de tecidos moles, devido ao seu elevado grau de biocompatibilidade e integração / This work studied the integration of acellular polyanionic collagen:elastin matrices derived of bovine pericardium (BP) with variable negative charge. Negative charges were introduced in the material by selective hydrolisis of carboxamide side chain groups from Asn and Gln present in the primary structure of the protein. Hydrolized materials after 24 and 48 hours of treatment, respectively with 46 '+ OU -' and 87 '+ OU -' extra negative charges, were studied. Implants were placed in the subcutaneous of rats for periods of 14, 60, 120 and 180 days. Materials were characterized by differential scanning calorimetry, SEM and TEM, and explants analysed by optical microscopy (H.E., Masson tricromic and Verhoeff stains). The purpose of this work was to evaluate the use of modified collagen matrices for soft tissue reconstruction. Differently from native tissue (BP), the biological response of polyanionic collagen:elastin matrices after 14 days from implantation was characterized by a progressive decrease in fibrosis, but most important, no characteristic cells of a chronic inflammatory response were observed. After 180 days, most of the implants were integrated to the implant region. The results suggest that acellular collagen:elastin matrices prepared by devitalization of natural tissue due to their high degree of biocompatibility and integration may be potentially useful as a scaffold for soft tissue reconstruction

Este trabalho visou estudar a integração de implantes de colágeno aniônico:elastina obtidos a partir de pericárdio bovino acelularizado e com densidade de carga negativa variável. As cargas negativas foram introduzidas na forma de grupos carboxílicos, por hidrólise seletiva e controlada de grupos carboxamidas de asparagina e glutamina contidos na estrutura primária da proteína. Foram estudados materiais hidrolisados por 24 e 48 horas de tratamento correspondendo, respectivamente, a 46 '+ OU -' e 87 '+ OU -' cargas negativas adicionais em relação ao colágeno nativo. Os implantes foram introduzidos no subcutâneo de rato por tempos de 14, 60, 120 e 180 dias. Os materiais foram caracterizados por análise térmica, microscopia eletrônica de varredura e de transmissão, e os explantes avaliados por microscopia de luz (colorações de Hematoxilina: Eosina, tricrômico de Masson e Verhoeff). O objetivo foi avaliar o uso de matrizes com colágeno modificado para a reconstrução de tecidos moles. Diferentemente do tecido nativo (pericárdio bovino), a resposta biológica de matrizes de colágeno:elastina polianiônica após 14 dias do implante foi caracterizada por uma progressiva redução na fibrose, porém mais importante, não foram observadas células características de resposta inflamatória crônica, particularmente nos materiais tratados quimicamente. Após 180 dias, a maioria dos implantes estavam integrados à região implantada. Tais resultados sugerem que matrizes acelulares de colágeno:elastina preparadas pela desvitalização de tecido natural podem ser suportes bastante úteis para a reconstrução de tecidos moles, devido ao seu elevado grau de biocompatibilidade e integração / This work studied the integration of acellular polyanionic collagen:elastin matrices derived of bovine pericardium (BP) with variable negative charge. Negative charges were introduced in the material by selective hydrolisis of carboxamide side chain groups from Asn and Gln present in the primary structure of the protein. Hydrolized materials after 24 and 48 hours of treatment, respectively with 46 '+ OU -' and 87 '+ OU -' extra negative charges, were studied. Implants were placed in the subcutaneous of rats for periods of 14, 60, 120 and 180 days. Materials were characterized by differential scanning calorimetry, SEM and TEM, and explants analysed by optical microscopy (H.E., Masson tricromic and Verhoeff stains). The purpose of this work was to evaluate the use of modified collagen matrices for soft tissue reconstruction. Differently from native tissue (BP), the biological response of polyanionic collagen:elastin matrices after 14 days from implantation was characterized by a progressive decrease in fibrosis, but most important, no characteristic cells of a chronic inflammatory response were observed. After 180 days, most of the implants were integrated to the implant region. The results suggest that acellular collagen:elastin matrices prepared by devitalization of natural tissue due to their high degree of biocompatibility and integration may be potentially useful as a scaffold for soft tissue reconstruction