Actuellement, la mise au point de systèmes de vectorisation d'agents chimio-thérapeutiques performants fait l'objet d'une intense recherche. Les nanoparticules en particulier sont étudiées, car elles permettent de solubiliser des molécules hydrophobes en milieux aqueux tout en diminuant leur toxicité et leur dégradation. Toutefois, le devenir à long terme des nanoparticules est un paramètre important qu'il faut considérer dans la conception de ces nanovecteurs. Pour cette raison, le développement de nanoparticules auto-assemblées constituées de copolymères à bloc entièrement biocompatibles, biodégradables et aux propriétés de libération contrôlée est recommandé. Dans cette perspective, nous avons étudié les propriétés d'auto-organisation de copolymères greffés amphiphiles de type chitooligosaccharide-grafted-polycaprolactone. Le premier chapitre révèle l'utilisation de l'aniline et de son dérivé alcyne comme un outil efficace pour l'amination réductrice de chitooligosaccharides. Dans le second chapitre, différentes familles de polycaprolactone avec des fonctions azide latérales sont décrites. Le troisième chapitre traite du couplage par chimie " click " de chaque bloc ainsi que de la caractérisation physico-chimique des nanoparticules en solution aqueuse. La réticulation de ses particules a permis d'obtenir les nanogels finaux. Pour conclure, des tests d'encapsulation et de libération contrôlée de la Doxorubicine (avec ou sans ajout de glutathion) ont été effectués

Tissue repair is a complex process that is difficult to emulate. The addition of the glycosaminoglycan heparan sulfate (HS), a multi-potential regulator of numerous growth factors and cytokines endogenously expressed during the repair process, may represent a valuable tool for tissue engineering. The addition of exogenous HS into wound site has previously been shown to promote tissue repair in a number of models, however, the incorporation of HS into controlled release systems or biomaterials for tissue engineering had not been explored prior to the work presented here. Thus, this thesis explores the incorporation of HS and its analogue heparin into synthetic biodegradable polymer biomaterials with different potential applications, either as a slow releasing drug reservoir, or as a drug releasing cell scaffold. Polycaprolactone was used to make microcapsules and electrospun fibers for HS or heparin entrapment. These materials were characterized for their drug release profiles, biocompatibility and bioactivity. Microcapsules encapsulating heparin or HS were made by the oil - in - water solvent evaporation method which allowed fabrication of slow releasing drug reservoirs. Either pure water or a poly(vinyl alcohol) solution was used in the drug phase which resulted in capsules with similar size and drug loading. However the internal morphology and drug release profiles showed differences depending on the drug phase, in either case release was sustained for over 30 days. These capsules elicited no pro-inflammatory response from macrophages in vitro, and the released HS retained its bioactivity to induce the proliferation of human mesenchymal stem cells, an important cell type for bone tissue engineering. Heparin and HS were incorporated into electrospun fibers as a drug releasing scaffold for two different tissue engineering applications. Heparin fibers were studied as a drug releasing membrane that could be used in vascular repair to prevent the unwanted proliferation of vascular smooth muscle cells. Heparin release was sustained from the fibers for at least 2 weeks. The fibers did not induce a pro-inflammatory response from macrophages in vitro and the released heparin retained the ability to inhibit the proliferation in vascular smooth muscle cells. HS fibers were studied as a tissue engineering scaffold for bone repair using human mesenchymal stem cells. HS release was maintained for over 30 days which is thought to be an appropriate time for bone repair applications. The release profiles depended on the HS concentration in the spinning solution which affected the morphology of the fibers. The fibers did not elicit a pro-inflammatory response in cultured macrophages and supported the proliferation and mineralization of human mesechymal stem cells. The HS fibers were then taken through to an in vivo model to study ectopic bone formation of pre-osteoblast cells on HS releasing scaffolds. The fibers produced a chronic inflammatory response in vivo, which lead to the clearance of implanted cells and no mineralization of the scaffold. The HS and heparin materials made in this work showed sustained release over appropriate time frames for different tissue repair applications. The released HS and heparin maintained bioactivity and showed good biocompatibility in vitro, however, further in vivo studies are required to fully test their efficacy for tissue engineering.

The use of dense CO2 in polymer processing can provide a response to the need for more environmentally-friendly industrial processes. Products with high-purity, sterility, and porosity can be achieved using dense gas technology (DGT). Currently, DGT has been used in different aspects of polymer processing including polymerization, micronization, and impregnation. Due to its solubility in polymers, CO2 can penetrate and plasticize polymers, while impregnating them with low-molecular weight CO2 -soluble compounds. Biodegradable polymers and other medical-grade polymers have benefited from the application of DGT. Dense CO2 processing properties of inertness, non-toxicity, and affinity for various therapeutic compounds are specifically advantageous to the medical and biomedical industries. In this work, the different applications of DGT in polymer processing are revised, then implemented. The polymerization of polycarbonate (PC) and polycaprolactone (PCL) in dense CO2 are presented. The syntheses of both polymers were successful and were aided by the use of dense CO2 . A multi-stage approach using dense CO2 as a sweep fluid to extract the PC polymerization by-product phenol is reported. Polycaprolactone was synthesized with varying temperatures and dense CO pressures, then impregnated with a CO2 -soluble therapeutic agent. The impregnated PCL acted as a drug reservoir with a drug-loading of 27wt% and a sustained drug release profile was observed for all samples over several days. Polymer blends of PC/PCL have potential industrial and biomedical applications both in vivo and in vitro. The applicability of PCL can be extended by enhancing its mechanical properties by creating a bio-blend with a stronger polymer such as PC. In this work, PC/PCL nonporous and porous blends were produced. Three novel dense CO2 blending techniques were used. The macroporous PC/PCL blend was impregnated with a therapeutic agent using CO2 as the carrier. A drug loading of 20wt% was achieved and sustained drug release was observed over 3 days. The applicability of dense CO2 in polymer processing was further demonstrated by sterilizing macroporous PC/PCL blends and soft hydrogels with dense CO2 . The PC/PCL blends and hydrogels were inoculated with vegetative bacteria and bacterial endospores. Industrial standard sterilization levels were achieved.

Submitted by Emanuel Varela Cardoso (emanuel.varela@ufcg.edu.br) on 2018-06-14T20:51:37Z No. of bitstreams: 1 CARMEM LÚCIA CAVALCANTI COUTINHO – DISSERTAÇÃO (PPG-CEMat) 2015.pdf: 1178536 bytes, checksum: 7b4bc6d75aa15e3438cedfa584239124 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-06-14T20:51:37Z (GMT). No. of bitstreams: 1 CARMEM LÚCIA CAVALCANTI COUTINHO – DISSERTAÇÃO (PPG-CEMat) 2015.pdf: 1178536 bytes, checksum: 7b4bc6d75aa15e3438cedfa584239124 (MD5) Previous issue date: 2015-07-09 / A técnica sling pela via transobturadora é eficaz para o tratamento de mulheres com Incontinência Urinária de Esforço e apresenta elevada taxa de cura e melhora da qualidade de vida com baixos índices de complicações. Este trabalho teve como objetivo desenvolver e confeccionar, uma tela de policaprolactona, para uso na técnica de Sling e realizar análises comparativas deste material com a tela de polipropileno, utilizada comercialmente. A pesquisa foi desenvolvida no Laboratório de Avaliação e Desenvolvimento de Biomateriais do Nordeste – CERTBIO. Utilizouse duas amostras de tela, uma confeccionada no CERTBIO e outra de uso comercial. Foram avaliadas as composições químicas e físicas das telas de Policaprolactona (PCL) e Polipropile no (PP), através das técnicas de: Espectroscopia na Região de Infravermelho com Transformada de Fourier (FTIR), Difração de Raios X (DRX) e Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV), Tensão superficial, Ensaios Mecânicos de Tração e Teste de Citotoxicidade. Pode-se comprovar pela análise de FTIR, que o material formador das telas era apenas de polipropileno e policaprolactona. A análise de DRX corroborou com os resultados obtidos na análise de FTIR, que indicavam que o material das telas tratava de PP e PCL, apresentando um espectograma característico d estes polímeros. Também, através da análise de DRX, foi possível observar o grau de cristalinidade indicando o PP que possui maior grau de cristalinidade que o PCL. Pode-se comprovar também, que o PP possui maior resistência mecânica que o PCL, verificando assim que o PP é mais frágil e quebradiço do que o PCL. A análise de tensão superficial mostrou que as duas telas possuem molhabilidade parcial devido as cavidade presentes na superfície das telas. A biocompatibilidade dos compostos foi confirmada com o teste de Citotoxicidade. / The sling technique by transobturator approach is effective for the treatment of women with Stress Urinary Incontinence and has a high cure rate and improved quality of life with low complication rates. This work aimed to develop and produce, polycaprolactone, screen for use in Sling surgery and to perform comparative analyses of this material with a polypropylene bladder, used commercially. The survey was developed in the laboratory of evaluation and development of Biomaterials in the Northeast-CERTBIO. Two samples were used to screen; a made in the laboratory and another used commercially. Been evaluated physical and chemical compositions of the Polycaprolactone (PCL) and Polypropylene (PP) screens, through the following techniques: infrared Spectroscopy in the region with a Fourier transform (FTIR), x-ray Diffraction (XRD) and scanning electron microscopy (SEM), surface tension, traction mechanical essays and Cytotoxicity test. You can check by the FTIR analysis, that the trainer material of fabrics was just poliproplieno and polycaprolactone, for examining the computer spectrogram. The XRD analysis corroborated with the results obtained in the FTIR analysis, which indicated that the material was PP screens and PCL, showing a characteristic you might like to look of these polymers. Also, through the analysis of DRX, it was possible to o bserve the degree of crystallinity indicating the PP has higher degree of crystallinity the PCL. One can prove that the PP has higher mechanical strength than the PCL, checking so that the PP is more brittle than the PCL. The analysis of surface tension showed that both screens have partial wettability due to cavity present on the surface of the canvas. The biocompatibility of the compounds has been confirmed with the Cytotoxicity test and it showed low cytotoxicity in two screens.

Uma potencial alternativa para o transplante de tecidos é a engenharia de tecidos. Células-tronco mesenquimais e scaffolds eletrofiados são comumente utilizados nesta área devido à capacidade multipotente de diferenciação destas células e à rede de poros interconectados destas estruturas fibrosas. Além disso, bioreatores de perfusão podem ser utilizados para melhorar o transporte de nutrientes e reduzir o acúmulo de metabolitos tóxicos. Neste contexto, uma maneira de estudar e otimizar o sistema de cultivo é utilizar técnicas de modelagem para descrever interações ou processos individuais envolvidos no crescimento celular. Deste modo, o objetivo geral deste estudo é realizar o cultivo de células-tronco mesenquimais da polpa de dente decíduo (DPSCs) utilizando scaffolds tridimensionais eletrofiados de policaprolactona (PCL), biorreatores e técnicas de modelagem. Inicialmente foram testadas diferentes misturas de solventes (clorofórmio e metanol), a fim de produzir scaffolds com poros adequados ao cultivo tridimensional. Os diâmetros de fibra e de poro foram determinados por microscopia eletrônica de varredura (MEV). O crescimento e o metabolismo das células foram avaliados através da determinação da atividade metabólica e das concentrações de glicose e lactato do meio de cultivo, e a infiltração celular foi observada com a marcação do núcleo celular. Depois de estabelecidos os parâmetros de eletrofiação, o efeito da perfusão direta no desprendimento de DPSCs de scaffolds eletrofiados de PCL foi estudado. A atividade metabólica das células foi determinada para diferentes tempos de adesão, vazões e densidades de semeadura, e a tensão de cisalhamento na parede do poro foi calculada para cada vazão. A morfologia das células foi avaliada através de imagens de microscopia confocal e MEV. Paralelamente, foram realizadas simulações utilizando o software OpenFOAM para estudar como os parâmetros e variáveis de entrada (concentração inicial de glicose, porosidade e espessura do scaffold) afetam as saídas (fração volumétrica de células e concentração de substrato) de um modelo de proliferação celular que considera a difusão e o consumo de glicose. As contribuições do teor de oxigêno na cinética de crescimento de Contois e da variação da porosidade com o tempo devido à degradação do polímero também foram avaliadas. Inicialmente, foi observado que apenas um tamanho de poro maior que o diâmetro da célula permitiu a infiltração das células no scaffold. Então, observou-se que o aumento do tempo de adesão acarretou em maior espalhamento das células e, assim como a diminuição da densidade de semeadura e da tensão de cisalhamento, resultou em uma redução do desprendimento das células sob perfusão. Quanto ao modelo fenomenológico, observou-se maior sensibilidade à concentração inicial de glicose e à porosidade do scaffold, e aos parâmetros adimensionais relacionados à proliferação e morte celular e ao consumo de nutrientes. Além disso, o número inicial de células apresentou maior impacto no transporte de massa do que no crescimento celular. Neste estudo, foi possível obter scaffolds eletrofiados e conduções de cultivo dinâmico adequadas ao cultivo tridimensional de DPSCs, e elucidar os efeitos da limitação do transporte de massa e do oxigênio no crescimento celular, e da degradação do polímero no transporte de massa. / A potential alternative to tissue transplant is tissue engineering. Mesenchymal stem cells and electrospun scaffolds are commonly used in this field due to the multipotent differentiation capacity of these cells and the interconnected pore network of these fibrous structures. In addition, perfusion bioreactors can be used to enhance nutrient transport and reduce the accumulation of toxic metabolites. In this context, one way to study and optimize the culture system is to use modeling techniques to describe interactions or individual processes involved in cell growth. Thus, the objective of this study is to perform the three-dimensional culture of mesenchymal stem cells of dental pulp (DPSCs) using electrospun polycaprolactone (PCL) scaffolds, bioreactors and modeling techniques. Initially, different solvent mixtures (chloroform and methanol) were tested to produce scaffolds with pores suitable to three-dimensional culture. Fiber and pore diameter was determined using a scanning electron microscope. Cell growth and metabolism were evaluated through the metabolic activity and the culture medium concentration of glucose and lactate, and the cell infiltration was observed with cell nuclei staining. After the establishment of the elesctrospinning parameters, the effect of direct perfusion on DPSCs detachment from PCL electrospun scaffolds was investigated. The metabolic activity of the cells was determined for different adhesion times, flow rates and seeding densities and the pore wall shear stress was calculated for each flow rate. The cell morphology was evaluated through scanning electron and confocal microscopy imaging. In parallel, simulations with the software OpenFOAM were performed to study how parameters and inputs (initial glucose concentration, porosity and thickness of the scaffold) affect the outputs (cell volume fraction and substrate concentration) of a model of cell proliferation and glucose diffusion and consumption. The contribution of the oxygen in the Contois growth kinetics and the porosity variation with time due to polymer degradation was also evaluated. Initially, it was observed that only a pore size higher than the cell diameter allowed the infiltration of the cells through the scaffold. Then, it was observed that a higher adhesion time leaded to higher cell spreading in static conditions and, similar to smaller seeding densities and shear stresses, reduced cell detachment under perfusion. Regarding the phenomenological model, it was observed that the model is more responsive to the initial glucose concentration and scaffold porosity, and to the dimensionless parameters related to cell proliferation, death and nutrient uptake. Furthermore, the initial cell number had a more significant impact on mass transport than on cell growth. In this study, it was possible to obtain an electrospun scaffold and dynamic culture conditions suitable for the three-dimensional culture of DPSCs, and to elucidate the effects of transport limitations and of oxygen on cell growth, and of polymer degradation on mass transport were elucidated.

Submitted by Camila Girondi (camila.girondi@gmail.com) on 2018-07-03T20:30:17Z No. of bitstreams: 1 Dissertação 28.06 COM FICHA CATALOGRÀFICA.pdf: 1652288 bytes, checksum: 2ff0f9722f6563cc30aaacbdd2bd4b81 (MD5) / Approved for entry into archive by Silvana Alvarez null (silvana@ict.unesp.br) on 2018-07-10T19:06:46Z (GMT) No. of bitstreams: 1 girondi_cm_me_sjc.pdf: 1652288 bytes, checksum: 2ff0f9722f6563cc30aaacbdd2bd4b81 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-07-10T19:06:46Z (GMT). No. of bitstreams: 1 girondi_cm_me_sjc.pdf: 1652288 bytes, checksum: 2ff0f9722f6563cc30aaacbdd2bd4b81 (MD5) Previous issue date: 2018-05-02 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / As nanofibras (NF) podem ser sintetizadas por meio de eletrofiação, um método simples que permite incorporação de fármacos em biopolímeros que apresentam a vantagem de serem liberados de forma gradual. Policaprolactona (PCL) apresenta a vantagem de poder ser eletrofiada permitindo a incorporação de fármacos. Os ácidos retinoicos são fármacos empregados no tratamento de osteossarcoma, mas, apresentam efeitos colaterais. O ATRA (all-trans-retinoic-acid) é o mais comum entre os retinoides. Os objetivos deste estudo foram: sintetizar e caracterizar NF, incorporar o fármaco a elas e verificar a liberação ao meio de cultura; realizar testes de citoxicidade e genotoxicidade tais como: crescimento, integridade, viabilidade e micronúcleo de células MG63 tratadas com NF incorporada com ATRA e analisar a secreção das citocinas pró inflamatórias: IL-1β, IL-6 e TNF-α por meio do teste ELISA. As NF sintetizadas por meio da eletrofiação foram caracterizadas morfologicamente e bioquimicamente por meio de microscopia eletrônica de varredura (MEV) e estudo do espectro de infravermelho da transformada de Fourrier (FTIR): Os testes in vitro foram realizados utilizando uma linhagem de células imortalizadas de osteossarcoma, MG63. Os ensaios incluídos nesse estudo foram divididos em grupos compostos por: [C (controle puro), ATRA (controle positivo), NF (controle negativo) e NF + ATRA (grupo experimental).] Em todos os grupos foram realizados testes de viabilidade celular (MTT), micronúcleo e ELISA sob os tempos de 3, 7 e 14 dias. A liberação do fármaco através do sistema de NF+ATRA foi comprovada pelo FTIR. Os demais resultados encontrados foram avaliados através do teste ANOVA one-way, no qual o método apresentou-se eficiente, mostrando diferença estatística de p=0,00, sendo signficante para todos os períodos de tempo nos testes de MTT e MN, além de ser verificada a secreção de citocinas proinflamatórias IL-1β e IL-6, comprovando os efeitos citotóxicos e genotoxicos sob células MG63 mostrando a efetividade da técnica. Podendo ser uma alternativa para o tratamento. / Nanofibers (NF) can be synthesized by electro-spinning, a simple method that allows incorporation of drugs into biopolymers that have the advantage of being released gradually. Polycaprolactone (PCL) has the advantage that it can be electrophied allowing the incorporation of drugs. Retinoic acids are drugs used in the treatment of osteosarcoma, but have side effects. ATRA (all-trans-retinoicacid) is the most common retinoid. The objectives of this study were: to synthesize and characterize NF, to incorporate the drug to them and to verify the release to the culture medium; perform cytotoxicity and genotoxicity tests such as: growth, integrity, viability and micronucleus of N63-treated NF-treated cells with ATRA and to analyze the secretion of pro-inflammatory cytokines: IL-1β, IL-6 and TNFα by the ELISA . The NF synthesized by electrophilation were characterized morphologically and biochemically by scanning electron microscopy (SEM) and Fourrier Transform Infrared Spectrum (FTIR) study: In vitro tests were performed using an immortalized osteosarcoma cell line, MG63. The trials included in this study were divided into groups composed of: C (pure control), ATRA (positive control), NF (negative control) and NF + ATRA (experimental group). All groups were tested for cell viability (MTT), micronucleus and ELISA under the times of 3, 7 and 14 days. Release of the drug through the NF + ATRA system was confirmed by FTIR. The other results were evaluated using the oneway ANOVA test, in which the method was efficient, showing a statistical difference of p = 0.00, being significant for all time periods in the MTT and MN tests, besides the secretion of proinflammatory cytokines IL-1β and IL-6, proving the cytotoxic and genotoxic effects under MG63 cells, showing the effectiveness of the technique. It may be an alternative to treatment

In this work, we report the synthesis of submicrometer calcium carbonate particles using the simplest approach of mixing solutions of calcium chloride and ammonium carbonate inorganic precursors in presence of crystallization modifiers. The typical crystallization of CaCO3 into large calcite crystals with rhombohedral morphology changed to very small (down to 0.8 μm) uniform spherical vaterite particles upon addition of small amounts (0.01 to 2.00 mg/mL) of the anionic homopolymer poly(sodium 4-styrenesulfonate) (PSS).The reaction temperature must be preferably kept low around 25 °C. Heating induces the formation of an unstable hydrated phase, which is quickly converted back to the most stable structure, however with some broadening in the particle size distribution. In contrast, large spheres made of a collection of calcite polycrystallite aggregates formed in presence of poly(acrylic acid) (PAA) under otherwise the same experimental conditions. Crystal growth in a preorganized environment created by selective distribution of Ca(II) ions onto the shell of polyestyrene-b-poly(acrylic acid) (PS-b-PAA) core-shell spherical micelles revealed a rather poor control of size and morphology. Therefore, PSS anionic homopolymer can be applied to the synthesis of submicrometer CaCO3 particles from solutions of inorganic salts, which is a much cheaper and sustainable method than controlled CO2 gas production and diffusion. Representative polymer@CaCO3 particle systems were used to prepare PCL-based composites, of which the rheological behavior was accessed by oscillatory rheology. / No presente trabalho, que se refere à síntese de partículas submicrométricas de carbonato de cálcio usando uma abordagem mais simples da mistura de soluções de cloreto de cálcio e carbonato de amônio, precursores inorgânicos na presença de modificadores de cristalização. A cristalização típica de CaCO3 em grandes cristais de calcita com morfologia romboédrica os quais sofreram alteração para partículas pequenas (abaixo de 0,8 um) e uniformes de vaterita se deu após a adição de pequenas quantidades (0,01 a 2,00 mg/ml) do homopolímero aniônico poli (estirenosulfonado de sódio) (PSS). A temperatura da reação deve ser preferencialmente mantida em torno de 25 °C. O aquecimento induz a formação de uma fase hidratada instável, que é rapidamente convertida para a estrutura mais estável, porém, com um aumento de tamanho da partícula. Em contrapartida, com a utilização de poli (ácido acrílico) (PAA), produziu-se grandes esferas formadas por um conjunto de agregados policristalinos de calcita sob as mesmas condições experimentais. O crescimento de cristais em um ambiente pré-organizado criado pela distribuição seletiva dos íons de Ca II na corona de poliestireno-b-poli (ácido acrílico) (PS-b- PAA), formando micelas esféricas do tipo núcleo- corona revelou um fraco controle do tamanho e da morfologia. Portanto, o homopolímero aniônico PSS pode ser aplicado à síntese de partículas submicrométricas de CaCO3 a partir de soluções de sais inorgânicos, tal método apresenta-se mais barato e sustentável tendo liberação de CO2 de forma controlada. Sistemas representativos de partículas de polímero@CaCO3 foram utilizados para preparar os compósitos à base de Poli (Caprolactona) (PCL), onde o comportamento reológico foi analisado por reologia oscilatória.

Uma potencial alternativa para o transplante de tecidos é a engenharia de tecidos. Células-tronco mesenquimais e scaffolds eletrofiados são comumente utilizados nesta área devido à capacidade multipotente de diferenciação destas células e à rede de poros interconectados destas estruturas fibrosas. Além disso, bioreatores de perfusão podem ser utilizados para melhorar o transporte de nutrientes e reduzir o acúmulo de metabolitos tóxicos. Neste contexto, uma maneira de estudar e otimizar o sistema de cultivo é utilizar técnicas de modelagem para descrever interações ou processos individuais envolvidos no crescimento celular. Deste modo, o objetivo geral deste estudo é realizar o cultivo de células-tronco mesenquimais da polpa de dente decíduo (DPSCs) utilizando scaffolds tridimensionais eletrofiados de policaprolactona (PCL), biorreatores e técnicas de modelagem. Inicialmente foram testadas diferentes misturas de solventes (clorofórmio e metanol), a fim de produzir scaffolds com poros adequados ao cultivo tridimensional. Os diâmetros de fibra e de poro foram determinados por microscopia eletrônica de varredura (MEV). O crescimento e o metabolismo das células foram avaliados através da determinação da atividade metabólica e das concentrações de glicose e lactato do meio de cultivo, e a infiltração celular foi observada com a marcação do núcleo celular. Depois de estabelecidos os parâmetros de eletrofiação, o efeito da perfusão direta no desprendimento de DPSCs de scaffolds eletrofiados de PCL foi estudado. A atividade metabólica das células foi determinada para diferentes tempos de adesão, vazões e densidades de semeadura, e a tensão de cisalhamento na parede do poro foi calculada para cada vazão. A morfologia das células foi avaliada através de imagens de microscopia confocal e MEV. Paralelamente, foram realizadas simulações utilizando o software OpenFOAM para estudar como os parâmetros e variáveis de entrada (concentração inicial de glicose, porosidade e espessura do scaffold) afetam as saídas (fração volumétrica de células e concentração de substrato) de um modelo de proliferação celular que considera a difusão e o consumo de glicose. As contribuições do teor de oxigêno na cinética de crescimento de Contois e da variação da porosidade com o tempo devido à degradação do polímero também foram avaliadas. Inicialmente, foi observado que apenas um tamanho de poro maior que o diâmetro da célula permitiu a infiltração das células no scaffold. Então, observou-se que o aumento do tempo de adesão acarretou em maior espalhamento das células e, assim como a diminuição da densidade de semeadura e da tensão de cisalhamento, resultou em uma redução do desprendimento das células sob perfusão. Quanto ao modelo fenomenológico, observou-se maior sensibilidade à concentração inicial de glicose e à porosidade do scaffold, e aos parâmetros adimensionais relacionados à proliferação e morte celular e ao consumo de nutrientes. Além disso, o número inicial de células apresentou maior impacto no transporte de massa do que no crescimento celular. Neste estudo, foi possível obter scaffolds eletrofiados e conduções de cultivo dinâmico adequadas ao cultivo tridimensional de DPSCs, e elucidar os efeitos da limitação do transporte de massa e do oxigênio no crescimento celular, e da degradação do polímero no transporte de massa. / A potential alternative to tissue transplant is tissue engineering. Mesenchymal stem cells and electrospun scaffolds are commonly used in this field due to the multipotent differentiation capacity of these cells and the interconnected pore network of these fibrous structures. In addition, perfusion bioreactors can be used to enhance nutrient transport and reduce the accumulation of toxic metabolites. In this context, one way to study and optimize the culture system is to use modeling techniques to describe interactions or individual processes involved in cell growth. Thus, the objective of this study is to perform the three-dimensional culture of mesenchymal stem cells of dental pulp (DPSCs) using electrospun polycaprolactone (PCL) scaffolds, bioreactors and modeling techniques. Initially, different solvent mixtures (chloroform and methanol) were tested to produce scaffolds with pores suitable to three-dimensional culture. Fiber and pore diameter was determined using a scanning electron microscope. Cell growth and metabolism were evaluated through the metabolic activity and the culture medium concentration of glucose and lactate, and the cell infiltration was observed with cell nuclei staining. After the establishment of the elesctrospinning parameters, the effect of direct perfusion on DPSCs detachment from PCL electrospun scaffolds was investigated. The metabolic activity of the cells was determined for different adhesion times, flow rates and seeding densities and the pore wall shear stress was calculated for each flow rate. The cell morphology was evaluated through scanning electron and confocal microscopy imaging. In parallel, simulations with the software OpenFOAM were performed to study how parameters and inputs (initial glucose concentration, porosity and thickness of the scaffold) affect the outputs (cell volume fraction and substrate concentration) of a model of cell proliferation and glucose diffusion and consumption. The contribution of the oxygen in the Contois growth kinetics and the porosity variation with time due to polymer degradation was also evaluated. Initially, it was observed that only a pore size higher than the cell diameter allowed the infiltration of the cells through the scaffold. Then, it was observed that a higher adhesion time leaded to higher cell spreading in static conditions and, similar to smaller seeding densities and shear stresses, reduced cell detachment under perfusion. Regarding the phenomenological model, it was observed that the model is more responsive to the initial glucose concentration and scaffold porosity, and to the dimensionless parameters related to cell proliferation, death and nutrient uptake. Furthermore, the initial cell number had a more significant impact on mass transport than on cell growth. In this study, it was possible to obtain an electrospun scaffold and dynamic culture conditions suitable for the three-dimensional culture of DPSCs, and to elucidate the effects of transport limitations and of oxygen on cell growth, and of polymer degradation on mass transport were elucidated.

A doença de Chagas é causada pelo Trypanosoma cruzi e acomete milhões de pessoas, principalmente as de baixa renda em países subdesenvolvidos. É considerada uma doença negligenciada, não existindo uma terapia eficaz contra os parasitas na fase crônica da doença. Estudos preliminares demonstraram que o ácido ursólico apresenta atividade tripanocida, entretanto, este fármaco possui baixa solubilidade em água, o que prejudica a sua biodisponibilidade. Com o intuito de viabilizar a terapia com ácido ursólico, as nanopartículas poliméricas são sistemas de liberação promissores, devido a sua capacidade de liberação modificada. Além disso, os sistemas nanoencapsulados destacam-se pela alta eficiência de encapsulação do fármaco, proteção contra degradação, e menor possibilidade de causar toxicidade. O objetivo deste trabalho foi o desenvolvimento e a caracterização de nanopartículas de policaprolactona para a veiculação de ácido ursólico, visando à otimização da terapia da Doença de Chagas. O estudo teve início com o desenvolvimento das nanopartículas poliméricas contendo ácido ursólico. A formulação obtida neste estudo pela técnica da nanoprecipitação apresentou menor valor de tamanho de partícula (173,17±4,20) e índice de polidispersividade (0,09±24,77), com perfil monomodal, potencial zeta de -36 mV e eficiência de encapsulação de 94,1±1,31%. O tamanho das partículas observado na microscopia eletrônica de varredura demonstrou ser compatível com os valores observados nas análises de espalhamento dinâmico de luz, embora tenha apresentado uma característica agregada e ligeiramente esférica. Através da determinação do coeficiente de partição do ácido ursólico foi possível avaliar a alta lipofilicidade do ácido ursólico. Na determinação do coeficiente de solubilidade do ácido ursólico, o lauril sulfato de sódio foi o tensoativo de escolha para o estudo in vitro do perfil de liberação, solubilizando aproximadamente 300 ?g.mL-1 de fármaco, mas não foi possível a realização do estudo in vitro do perfil de liberação, devido a sua característica altamente lipofílica. O estudo da citotoxicidade por ensaio de resazurina mostrou que a formulação escolhida não alterou a viabilidade celular de células LLCMK2, portanto sem toxicidade para o meio biológico, bem como evidenciou a capacidade das nanopartículas poliméricas contendo ácido ursólico de reduzir a viabilidade dos parasitas em aproximadamente 50%. A avaliação da atividade biológica do ácido ursólico em camundongo C57BL/6 infectados com a cepa Y do Trypanosoma cruzi apresentou uma redução acentuada (p<0,001) dos tripomastigotas quando comparados ao grupo I, sugerindo uma liberação sustentada do ácido ursólico nesse modelo de nanopartículas poliméricas. Como conclusão, as nanopartículas poliméricas contendo ácido ursólico podem ser propostas como uma abordagem quimioprofilática da doença de Chagas, considerando a necessidade dessa medida de segurança para pacientes que recebem transfusão sanguínea no Sistema Único de Saúde no Brasil. / Chagas disease is caused by parasite Trypanosoma cruzi and affects millions of lowincome in developing countries and because of that it is neglected by the pharmaceutical industry and there is no effective therapy against parasites in the chronic phase of the disease. Preliminary studies showed that ursolic acid presents tripanocidal activity, however, it has low water solubility, which reduces its bioavailability. Among the existing drug delivery systems, polymeric nanoparticles play a central role, due to their ability to sustain or control the release of drugs. Moreover, nanocoated systems are distinguished by high drug encapsulation efficiency, protection from degradation, and less likely to cause irritation. The aim of this work is development and characterization of the polymeric nanoparticles containing ursolic acid, aiming to optimize the treatment of Chagas disease. The study began with the development of polymeric nanoparticles containing ursolic acid. The formulation obtained in this study by the nanoprecipitation technique showed the lowest particle size (173.17 ± 4.20) and polydispersity index (0.09 ± 24.77), with monomodal profile, zeta potential of -36 mV and encapsulation efficiency was 94.1% ± 1.31. The size of the particles observed by scanning electron microscopy showed to be compatible with the values observed in the analysis of dynamic light scattering, although it had an aggregate and slightly spherical characteristic. By determining the coefficient of ursolic acid partition was possible to evaluate the high lipophilicity of ursolic acid. In determining the solubility coefficient of ursolic acid, sodium lauryl sulfate was the surfactant of choice for studying in vitro release profile, solubilizing approximately 300 ?g.mL-1 of the drug, but it has not been possible to conduct the study in vitro release profile, due to its highly lipophilic character. The study of resazurin cytotoxicity assay showed that the formulation did not alter the cell viability of LLCMK2 cells, and therefore, without toxicity to the biological environment and demonstrated the ability of the polymeric nanoparticles containing ursolic acid to reduce the viability of parasites in approximately 50 %. The evaluation of biological activity of ursolic acid in mice C57BL/6 mice infected with the Y strain of Trypanosoma cruzi showed a marked reduction (p<0.001) of trypomastigotes when compared to group I, suggesting a sustained release of ursolic acid in polymeric nanoparticles model. In conclusion, polymeric nanoparticles containing ursolic acid may be proposed as a chemoprophylactic approach of Chagas disease, considering the need for this safety measure for patients receiving blood transfusion Health System in Brazil.

Orientador: Ângela Maria Moraes / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Agrícola / Made available in DSpace on 2018-08-25T01:12:46Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Souza_FernandaCarlaBombaldide_M.pdf: 2498035 bytes, checksum: f26cf0a46c0249d60c3316fd94c93e91 (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: A quitosana, a goma guar e a policaprolactona são exemplos de polímeros muito usados na obtenção de curativos para a terapia de lesões de pele devido ao fato de serem biocompatíveis e biodegradáveis. A fim de aumentar a atividade biológica destes curativos, a incorporação de compostos bioativos que estimulam o processo de cura das lesões pode ser feita. Neste contexto, este trabalho teve como objetivo a obtenção de curativos biologicamente ativos, por meio da incorporação do alfa-bisabolol, um composto antioxidante e anti-inflamatório de origem natural, a membranas constituídas de quitosana combinada com goma guar (Q-G) e de policaprolactona (PCL). Dois métodos de incorporação foram utilizados: adição direta do composto ativo à mistura polimérica (AD) e impregnação do composto nas membranas por imersão em solução etanólica (IE). As membranas produzidas foram caracterizadas quanto ao seu aspecto visual, cor e opacidade, morfologia, ângulo de contato com água, propriedades mecânicas e espessura em diferentes umidades, capacidade de absorção e perda de massa em etanol e em soluções aquosas, taxa de transmissão de vapor d¿água e espectro FTIR. A eficiência de incorporação do alfa-bisabolol às membranas e a atividade antioxidante deste composto foram determinadas, e sua cinética de liberação estudada. Os resultados mostraram que tanto os filmes de Q-G como de PCL apresentaram comportamento mais adequado para a aplicação no tratamento de lesões pouco exsudativas. As propriedades mecânicas dos filmes sofreram variação significativa apenas quando estes foram expostos a condições de umidade elevada. O alfa-bisabolol utilizado nos ensaios apresentou elevado grau de pureza, porém atividade antioxidante relativamente baixa. A inserção do composto na matriz ocasionou mudanças significativas em sua aparência e alterações em sua microestrutura. Para Q-G, baixas eficiências de incorporação foram obtidas, sendo o valor máximo atingido pelo método AD igual a 1,65%, o equivalente a 4,96 mg/g, enquanto que para o método IE atingiu-se cerca de 18%, com uma retenção de aproximadamente 1080 mg/g. Já no caso da PCL, alta eficiência de incorporação foi observada (100%). A liberação mostrou-se relativamente lenta em ambos os casos e a percentagem máxima de alfa-bisabolol liberado ficou em torno de 6% e 30%, o equivalente a 12 e 300 mg/g para filmes de PCL e de Q-G, respectivamente. O tempo prolongado de liberação permitiria a troca do curativo com intervalos de tempo maiores, tornando o tratamento menos incômodo para o paciente / Abstract: Chitosan, guar gum and polycaprolactone are polymers widely used to obtain wound dressings due to their biocompatibility and biodegradability. To increase the biological activity of these dressings, bioactive compounds which accelerate wound healing can be incorporated. In this context, this work aimed the development of biologically active dressings, through the incorporation of alpha-bisabolol, a natural antioxidant and anti-inflammatory compound, to membranes made of chitosan associated with guar gum (C-G) and of polycaprolactone (PCL). The incorporation of alpha-bisabolol was performed by two distinct methods: addition directly to the polymeric mixture (AD) and absorption of the active compound from an ethanolic solution (AS). The membranes were characterized regarding to visual appearance, color and opacity, morphology, water contact angle, water vapor transmission rate, swelling capacity in ethanol and in aqueous solutions as well as mass loss in the same media, strain at break, tensile strength and thickness in different humidities conditions and FTIR spectrum. Alpha-bisabolol incorporation efficiency and its antioxidant activity were determined and the release kinetics was studied. Results showed that both films are more suitable for the use in the treatment of lesions with low exudate levels. Mechanical properties suffered significant change only after exposure of the films to high humidity conditions. The alpha-bisabolol used in this study exhibits high purity, but relatively low antioxidant activity. The addition of the compound to the matrix led to significant changes in the appearance and to modifications in the microstructure of the films. The C-G membranes presented low incorporation efficiencies, with the maximum value of 1.65%, equivalent to 4.96 mg/g, for the AD method, and 18%, approximately 1080 mg/g, for the AS method. In the case of PCL, high incorporation efficiency (100%) was observed. The release of alpha-bisabolol from the matrices was relatively slow and the maximum percentage of compound released reached about 6% and 30%, equivalent to 12 and 300 mg/g for PCL and C-G films, respectively. A prolonged release would allow less frequent dressing changes, turning the treatment more comfortable for the patient / Mestrado / Engenharia Química / Mestra em Engenharia Química