Estratégias verdes e biométricas para o desenvolvimento de materiais compósitos sílica / biopolímeros / biomoléculas para aplicações biomédicas e de Engenharia de tecidos

Abstract

O desenvolvimento de scaffolds visa a criação de estruturas tridimensionais, tendo por base materiais sintéticos ou naturais . Um dos principais objectivos deste trabalho é usar estratégias “verdes” e biomiméticas na formação e processamento de scaffolds como sistemas de libertação controlada, para aplicação em regeneração de tecidos duros, especialmente o tecido ósseo. Este trabalho envolve primeiramente a produção de sílica utilizando catalisadores biomiméticos, como a L-glutationa reduzida (GSH), a DL-metionina (MET) e a cisteamina (CYS)), através do processo sol-gel, usando como solvente a água e como percursor o tetraetilortosilicato (TEOS). A utilização destes catalisadores permite produzir sílica desde condições ácidas (pH 2,46 – GSH) até condições básicas (pH 9,81 – CYS). Estas condições podem gerar sílica com diferentes propriedades físico-químicas para aplicação em diversas áreas. A etapa de secagem da sílica, a eliminação de catalisadores e a incorporação da dexametasona para posterior libertação controlada, foram as principais prioridades deste trabalho. Além disso, foram estudadas formulações de compósitos, com potencial biomédico, à base de sílica e diversos polímeros (sintéticos e naturais). Para encapsulação e posterior libertação da dexametasona, foram seleccionados compósitos preparados com proteína de soja, albumina e quitosano, assim como o extracto de pinheiro como uma fonte natural de proantocianidinas. Tanto a sílica quanto os compósitos, foram caracterizados por microscopia, espectroscopia, termogravimetria, porosimetria e densitometria. Este trabalho apresenta resultados promissores para o uso de sílica como scaffolds na aplicação em regeneração de tecidos duros. A libertação controlada da dexametasona atingiu valores de até 80 g/mg de sílica, que ao ser aplicado no processo de regeneração óssea, poderá favorecer/promover os mecanismos de osteocondução e osteoindução. O teste de hemocompatibilidade realizados para a sílica produzida, mostrando que os catalisadores residuais podem aumentar o índice de hemólise.

The development of scaffolds has as a primary goal the formation of three-dimensional structures, based on synthetic or natural materials. One of the main purposes of this work is to use green and biomimetic strategies to prepare and process scaffolds as drug delivery systems, to be applied to hard tissue regeneration, especially bone tissue.This work involves the production of silica using biomimetic catalysts, as L-glutathione reduced (GSH), DL-methionine (MET) and cysteamine (CYS) through the sol-gel process, using water as solvent and Tetraethyl Orthosilicate (TEOS) as precursor. The use of such catalysts allows the production of silica from acidic conditions (pH 2,46 - GSH) to alkaline conditions (pH 9,81 - CYS). These conditions may generate silica with different physic-chemical conditions that can find applications in several areas. Silica drying step, catalysts removal, as well as dexamethasone incorporation for further controlled release, was the main priorities of this work. The formulation of composites with biomedical potential, based on silica and different synthetic and natural polymers, was also studied. Composites prepared with soybean protein, albumin and chitosan, as well as pinus extract as a natural source of proanthocyanidin, were selected for studies of encapsulation and release of dexamethasone. Both silica and composites were characterized by microscopy, spectroscopy, thermogravimetry, porosimetry and densitometry. This work presents promising results for the use of silica as scaffolds to apply in hard tissue regeneration. The sustained release of dexamethasone presented values up to 80 g/mg of silica, which may support/promote the osteoconductive and osteoinduction mechanisms during the regeneration process. The hemocompatibility assays for the silica produced indicate that the presence of catalytic residues may increase the hemolytic index.