Preparação de Bioadesivos a partir de ácido láctico

Abstract

Bioadesivos apresentam-se como ferramentas de valor indubitável no tratamento e regeneração de tecidos orgânicos lesados. Ao longo dos anos, têm vindo a revolucionar em cirurgia, procurando ser úteis em processos de cicatrização de feridas incisas. Como principais vantagens destaca-se a redução do trauma sobre os tecidos e a rapidez e o maior conforto na aplicação. Terminado o tratamento, e dependendo da sua biodegradabilidade, poderão soltar-se ou ser absorvidos pelo organismo. Existem no mercado alguns adesivos aprovados pela FDA de origem sintética ou natural para diferentes aplicações clínicas, contudo as suas limitações restringem a utilização por parte dos profissionais. A toxicidade de alguns subprodutos e o fraco desempenho mecânico comprometem a eficácia dos tratamentos, sendo imprescindível a investigação e o desenvolvimento de novos adesivos que sejam biocompatíveis e bioabsorvíveis. Polímeros biodegradáveis, sintéticos ou naturais, com grupos terminais fotoreticuláveis têm demonstrado ser promissores e úteis em aplicações in situ. Um dos polímeros mais usados na área biomédica explorado na preparação de suturas cirúrgicas, scaffolds e sistemas de libertação controlada de fármaco é o poli (ácido lático) (PLA). Recentemente foi avaliada a potencialidade do ácido lático na produção de bioadesivos para aplicações biomédicas, partindo de um polímero de baixo peso molecular funcionalizado com ligações de carbono duplas pelos monómeros anidrido metacrílico (MAA) e metacrilato de 2- isocianoetilo (IEMA). Após adição de um fotoiniciador biocompatível (Irgacure 2959), a fotoreticulação permitiu a produção de filmes flexíveis e uniformes considerados promissores em contexto clínico. Nesta dissertação pretendeu-se explorar a síntese desses adesivos com base nos protocolos experimentais, complementando a sua caracterização com particular relevância para a viabilidade de utilização em cirurgia. Além destes métodos de funcionalização, foram testados novos monómeros na modificação do oligómero, com o objetivo de ampliar a gama de bioadesivos. O Laromer LR 9000 (LAR) e o 3- isopropenil-, dimetilbenzil isocianato (TMI) (ambos da família dos isocianatos) foram as moléculas escolhidas. Na modificação do pré-polímero com o monómero LAR foram testadas duas proporções estequiométricas, sendo a de 1:1 a mais promissora. Todos os pré-polímeros sintetizados deram origem a filmes de aspeto homogéneo com tempos de reticulação iguais ou inferiores a 2 minutos, excetuando o caso do TMI que foi afastado do estudo por só ter reticulado termicamente. A análise ATR-FTIR permitiu acompanhar o sucesso das reações de funcionalização e fotoreticulação. Para os materiais sintetizados foram avaliadas propriedades químicas, físicas, térmicas, mecânicas e biológicas. Os resultados obtidos indicam que todos os adesivos produzidos apresentaram uma capacidade de absorção de água moderada, dependente do pH do meio, do monómero funcional utilizado e do grau de reticulação das matrizes. A técnica SEM permitiu verificar que os materiais apresentavam estruturas coesas, uniformes e compactas. Para o adesivo de PLA modificado com LAR na proporção de 1:1 (PLALAR1: 1), a variação do tempo de irradiação UV conduziu a um aumento na porosidade do material. A análise TGA mostrou que os materiais são termicamente mais estáveis após fotoreticulação, com estabilidade à temperatura fisiológica e exibindo temperaturas de degradação de 205 a 251ºC. A técnica DSC permitiu verificar que a temperatura de transição vítrea de todos os pré-polímeros no estado líquido é negativa, logo favorável ao processo de fotopolimerização, sendo superior nos polímeros reticulados. A técnica DMTA permitiu também identificar as transições térmicas nestes materiais. Todos os adesivos demonstraram ser hidroliticamente instáveis quando incubados em PBS, em função do estado de reticulação das matrizes, do monómero funcional utilizado e da capacidade de absorção de água. Esta instabilidade permitiu concluir que os materiais são biodegradáveis, com potencial de absorção pelo organismo. Nos estudos de adesão in vitro verificou-se que todos os polímeros aderiram eficazmente ao substrato, com exceção de um produto. A energia de superfície de todos estes bioadesivos é inferior às das superfícies alvo (pele e sangue), o que permitiu concluir que serão capazes de aderir quando implantados no organismo. Nos ensaios de hemólise registou-se um carácter hemolítico, pelo que se sugere a realização de novos testes. Todavia os materiais apresentaram um carácter trombogénico, extremamente útil no processo de coagulação e cicatrização tecidual. Os estudos de viabilidade celular permitiram finalmente concluir que o melhor produto foi o PLA-LAR1:1, com valores de viabilidade celular acima de 85% nos tempos de incubação mais longos, pelo que se considerou biocompatível. O estudo da adesão bacteriana revelou que a maioria dos materiais apresentou características bactericidas, úteis na minimização de infeções. Face os resultados pode-se concluir que os adesivos de PLA sintetizados apresentam características promissoras para utilização em cirurgia. Em alguns casos serão necessários novos testes de caracterização biológica para confirmar a biocompatibilidade. De entre todos, o PLA-LAR1:1 teve o melhor desempenho em todas as propriedades avaliadas, considerando-se extremamente útil nas aplicações pretendidas. O Laromer LR 9000, que até ao momento nunca esteve associado à área médica, poderá vir a ter um futuro muito promissor em diferentes contextos clínicos quando associado ao PLA ou a outros biopolímeros.

Bioadhesives have an unquestionable value in the treatment and regeneration of injured organic tissues. Over the years, they have come to revolutionise surgery, trying to be useful in incised wound healing processes. Their main advantages are the reduction of trauma in tissues, quickness and greater comfort during their application. Once the treatment is achieved, and depending on their biodegradability, they may either loosen themselves or be absorbed by the body. There are a few FDA-approved adhesives available in the market, either of synthetic or natural origin, aimed at different clinical applications. However, some limitations restrict their usage by professionals. The toxicity of some by-products and their poor mechanical performance jeopardise the efficacy of treatments. Therefore, research and development of new biocompatible and bioabsorbable adhesives is mandatory. Biodegradable polymers, either synthetic or natural, with photocrosslinking end-groups have proved to be promising and useful for in situ applications. Poly(lactic acid) (PLA) is one of the most commonly used polymers in the biomedical area, explored for the preparation of surgical sutures, scaffolds and systems for controlled delivery of drugs. The potential of lactic acid for the production of bioadhesives for biomedical applications was recently assessed using low molecular weight polymer functionalized with carbon double bonds through the methacrylic anhydride (MAA) and 2-isocyanatoethyl methacrylate (IEMA) monomers. Following the addition of a biocompatible photoinitiator (Irgacure 2959), the photocrosslinking allowed for the production of flexible and standardised films, considered promising in the clinical context. This work aimed at exploring the synthesis of these adhesives based upon experimental protocols, complementing their characterisation with particular relevance to the feasibility in surgical usage. In addition to these functionalization methods, new monomers were also tested to modify the oligomer, aimed at extending the range of bioadhesives. The Laromer LR 9000 (LAR) and the 3-isopropenyl-a, a- dimethylbenzyl isocyanate (TMI) (both belonging to the isocyanate family) were the molecules chosen. Two stoichiometric proportions were tested when modifying the PLA with the LAR monomer, the most promising one being the 1:1. All synthesised pre-polymers gave origin to films that were homogenous in appearance with photocrosslinking time equal or less than 2 minutes except for the TMI, which only crosslinked thermally. The ATR-FTIR analysis allowed a follow-up of the success of the functionalization and photocrosslinking reactions that were observed. With regard to the synthesised materials, their chemical, physical, thermal, mechanical and biological properties were assessed. The results obtained indicate that all the produced adhesives presented a moderate capacity for water absorption, depending on the pH environment, functional monomer used and degree of matrix crosslinking. The SEM technique confirmed cohesive and compact structures. With regard to the adhesive modification using the LAR in the 1:1 proportion (PLA-LAR1:1), the variation of UV irradiation time led to an increase in the porosity of the material. The TGA analysis showed that the materials were thermally more stable after the photocrosslinking, with stability at physiological temperature and degradation temperatures between 205º and 251ºC. The DSC technique allowed verification of the glass transition temperature of all pre-polymers in liquid state as negative, and, therefore, favourable to the photopolymerisation, being higher in the crosslinked polymers. The DMTA technique also allowed identification of the thermal transitions observed in these materials. All the adhesives were hydrolytically unstable when they were incubated in PBS, depending on the state of matrix crosslinking, functional monomer used and capacity for water absorption. This instability allowed concluding that the materials are biodegradable, with the potential for absorption by the body. In vitro adhesion studies showed that all polymers adhered effectively to the substrate, except for one product. The surface energy of all these bioadhesives was lower than those of the target surfaces (skin and blood), which allowed to conclude that their adhesion will be possible when implanted in the body. Haemolysis tests registered a haemolytic nature, a reason why new testing is suggested. However, the materials presented a thrombogenic nature, which is extremely useful for the coagulation process and healing of the tissue. Finally, the cell viability studies allowed the conclusion that the best product had been the PLA-LAR1:1, with cell viability values above 85% during the longer incubation periods, thus considered biocompatible. The bacterial adhesion studies showed that most materials presented bactericidal properties, useful to minimise infections. In light of the results obtained, it may be concluded that the synthesised adhesives present promising features for use in surgery. In some cases, new biological characterisation tests will be needed to confirm biocompatibility. Among the properties assessed of all the products, the PLA-LAR1:1 performed the best. Thus, it is considered extremely useful for the intended applications. The Laromer LR 9000, which so far has never been associated with the medical field, may have a very promising future in different clinical settings when associated with the PLA or other biopolymers.