Orientadores: Ângela Maria Moraes, Diego Mantovani

Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química

Resumo: O periósteo é uma importante estrutura do tecido ósseo e se mostra fundamental no processo de cura de lesões ósseas, fornecendo compostos celulares e biológicos essenciais para sua regeneração. Scaffolds, capazes de mimetizar o periósteo são particularmente atraentes, pois podem melhorar...

Resumo: O periósteo é uma importante estrutura do tecido ósseo e se mostra fundamental no processo de cura de lesões ósseas, fornecendo compostos celulares e biológicos essenciais para sua regeneração. Scaffolds, capazes de mimetizar o periósteo são particularmente atraentes, pois podem melhorar significativamente a regeneração óssea em lesões graves. Estes dispositivos servem como suporte para a proliferação de células capazes de se diferenciar em linhagens ósseas e podem ser constituídos de polímeros naturais. A quitosana é um polímero biocompatível e biodegradável, que facilita a proliferação celular, e por isso é muito utilizada na produção de scaffolds. Para melhorar sua osteoindutividade, a introdução de grupos fosfato em sua estrutura, ou fosforilação, pode ser realizada. A xantana é um polissacarídeo capaz de interagir com a quitosana, resultando em complexos com propriedades superiores às dos polímeros isolados. Neste trabalho, scaffolds de quitosana (fosforilada ou não modificada) combinada com xantana foram produzidos, na presença ou ausência de um agente porogênico, o tensoativo Kolliphor® P188, e do gel de silicone Silpuran® 2130 A/B. A caracterização dos materiais produzidos foi realizada para validação de sua potencial aplicação como substitutos do periósteo. Materiais altamente porosos foram obtidos e a presença do silicone reforçou mecanicamente as matrizes, não impactando negativamente em suas propriedades físicas, físico-químicas e biológicas. A fosforilação da quitosana levou à obtenção de scaffolds com propriedades similares às dos materiais produzidos com o polímero não modificado, com potencial para concentrar proteínas morfogenéticas ósseas nativas in vivo, o que foi inferido pela maior adsorção de citocromo C apresentada por essas formulações. Além disso, não foram observados efeitos citotóxicos dos scaffolds, que mostraram, como vantagem adicional, cinética de degradação apropriada para a aplicação proposta. A análise do cultivo in vitro de células tronco derivadas do tecido adiposo nos scaffolds e de sua diferenciação em osteoblastos mostraram que modificações ou tratamentos adicionais na superfície dos materiais podem trazer benefícios quanto ao desempenho celular nos mesmos. Além disso, elevada deposição de minerais e formação de matriz extracelular foram observadas. Ensaios complementares são necessários para investigar de forma mais aprofundada a resposta gerada pelos materiais in vivo. Como conclusão geral, os resultados obtidos fornecem indícios de que as formulações propostas neste trabalho são promissoras para a aplicação na engenharia de tecido periosteal e reparo ósseo

Abstract: The periosteum is an important structure of the bone tissue and is fundamental in the healing process of bone lesions, providing cellular and biological compounds essential for tissue repair. Tissue engineered scaffolds able to mimic the periosteum are particularly attractive because they...

Abstract: The periosteum is an important structure of the bone tissue and is fundamental in the healing process of bone lesions, providing cellular and biological compounds essential for tissue repair. Tissue engineered scaffolds able to mimic the periosteum are particularly attractive because they can significantly improve bone regeneration in severely injured tissues. These devices function as support for cells that are able to proliferate and differentiate into bone cells and can be constituted of natural polymers, such as xanthan gum and chitosan. Xanthan gum is a polysaccharide that may interact with chitosan, a biocompatible and biodegradable polymer, resulting in complexes with improved properties in comparison to those of matrices produced with each polysaccharide alone. Chemical modifications, such as the phosphorylation of chitosan, can be performed to enhance the osteoinductivity of the resulting scaffold. In this work, chitosan (phosphorylated or chemically unmodified) scaffolds combined with xanthan were produced, in the presence or not of a porogenic agent, the surfactant Kolliphor® P188, and the silicone rubber Silpuran® 2130 A/B. The scaffolds were characterized to validate their potential application as periosteum substitutes. Highly porous materials were obtained and the presence of silicon mechanically reinforced the matrices, not negatively impacting their physical, physicochemical and biological properties. Formulations produced using phosphorylated chitosan presented similar properties to formulations produced with the unmodified polymer, with potential to concentrate native bone morphogenetic proteins in vivo, which was inferred by the higher adsorption of cytochrome C presented by these formulations. In addition, no cytotoxic effects of the scaffolds were observed, and they presented, as an additional advantage, degradation kinetics appropriate for the proposed application. The analysis of adipose derived stem cells culture n vitro on the scaffolds produced and of cell differentiation into osteoblasts showed that additional scaffold surface treatment or modification procedures may contribute to improve cell performance on the materials. Moreover, high deposition of minerals and formation of extracellular matrix were observed. Complementary studies are required to further investigate the in vivo response generated by these materials. As a general conclusion, the obtained results indicate that the formulations proposed in this work are promising for the application in periosteal tissue engineering and bone repair

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