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Type: TESE DIGITAL
Degree Level: Doutorado
Title: Síntese e caracterização de uma classe de hidrogéis injetáveis, termossensíveis e biodegradáveis como substrato para diferenciação celular
Title Alternative: Synthesis and characterization of a new class of injectable, thermoresponsive and biodegradable hydrogels as cell substract for cell differentiation
Author: Mistura, Daniel Vinícius, 1988-
Advisor: Duek, Eliana Aparecida de Rezende, 1961-
Abstract: Resumo: A classe de hidrogéis vem sendo amplamente estudada, principalmente como materiais injetáveis com aplicações minimamente invasivas para biomateriais. Esse material pode apresentar características de termossensibilidade próximo a temperatura corporal (LCST ¿ Lower Critical Solution Temperature ¿ em torno de 37ºC) além de rápida gelificação, o que permite seu emprego como carreador de fármacos, células ou fatores de crescimento celular quando injetado. O desafio atual é tornar esses hidrogéis biodegradáveis e com propriedades mecânicas adequadas à sua utilização. O objetivo deste trabalho foi sintetizar hidrogéis de poli(N-isopropilacrilamida) (PNIPAAm) a partir de uma nova classe de macrômero composto por 2-hidróxietil metacrilato (HEMA), poli(L-co-D,L ácido lático), trimetileno carbonato (TMC) e Ácido Acrílico (AAc), de forma que fosse inerente ao material sintetizado características como: biodegradação e propriedades mecânicas compatíveis àquelas requeridas em aplicações no campo da engenharia tecidual. Além disso, vislumbrou-se a avaliação do hidrogel como substrato no processo de diferenciação de células tronco embrionárias em células do tipo cardiomiócitos, visando futuras aplicações na terapia tecidual de regeneração cardíaca. Sendo assim, a síntese ocorrou em duas etapas, a primeira via abertura de anel de ésteres cíclicos a fim de sintetizar o macrômero, a segunda em sintetizar os hidrogéis por polimerização via radical livre. Com as rotas apresentadas nove sínteses foram feitas, estas com 2, 4 e 6% de ácido acrílico e 10, 15 e 20% de macrômero, formando assim as combinações (constituídas de NIPAAm, Macrômero e AAc, respectivamente) 88/10/2, 83/15/2, 78/20/2, 86/10/4, 81/15/4, 76/20/4, 84/10/6, 79/15/6 e 74/20/6. Desta forma, após a síntese caracterizou-se os hidrogéis e macrômeros por via química, térmica e reologicamente; avaliou-se a degradação in vitro e viabilidade celular; determinou-se a melhor característica do material para induzir a diferenciação de células tronco em cardiomiócitos. Em termos de resultados sintetizou-se e caracterizou-se via RMN (1H e 13C) caracterizando as principais intensidade de ligações químicas dos constituintes polimerizados, comprovando assim a polimerização do macrômero e posterior copolimerização do hidrogel, FTIR evidenciando as bandas característica das ligações químicas dos constituintes e formações dos produtos esperados na polimerização, DSC dos hidrogéis apresentando temperaturas de transição vítrea (Tg) acima dos 100ºC para todas as composições e comportamento LCST via calorimentria indicando valores bem abaixo dos 37ºC indicado para aplicações biológicas, grau de intumescimento demonstrando todas as composições com capacidade de absorção de água entre 36 e 171%, ensaios reológicos evidenviando primeiramente a transição de fase (gelificação) rápida e consistente para todas as composições, bem como corroborando os dados obtidos via DSC para o comportamento LCST, ensaios de viscosidade apresentando nas proporções contendo 2 e 6% de ácido acrílico viscosidades superiores a da água (1 Pa.s) e nas composições com 4% de ácido acrílico com viscosidades inferiores, sendos estas as selecionadas para os ensaios in vivo , degradação in vitro dos hidrogéis, evidenciando a perda acentuada de massa em todas as composições, diferenciação de células embrionárias (ratos) em cardiomiócitos com caracterização via qPCR evidenciando a manutenção dos genes alvo na diferenciação e imunofluorescência, demonstrando a manutenção do fenótipo celular, finalmente os estudos in vivo nas composições com 86/10/4 e 81/15/4, ambos os materiais demonstraram fraca reação inflamatória, com redução gradual indicando uma inflamação aguda e de rápida resolução. A reorganização tecidual induzida pela compartimentalização do hidrogel indica integração do material ao tecido original sugere que a aplicação do hidrogel como biomaterial é indicada

Abstract: The class of hydrogels has been extensively studied, mainly as injectable materials with minimally invasive applications for biomaterials. This material can present characteristics of thermosensitivity close to the body temperature (LCST) in addition to rapid gelation, which allows its use as carrier of drugs, cells or cell growth factors when injected. The current challenge is to make these hydrogels biodegradable and with mechanical properties suitable for their use. The main objective of this work was to synthesize poly (N-isopropylacrylamide) hydrogels (PNIPAAm) from a new class of macromer composed of 2-hydroxyethyl methacrylate (HEMA), poly (L-co-D, L lactic acid), trimethylene carbonate (TMC) and Acrylic Acid (AAc), so that it is inherent to the synthesized material characteristics such as: biodegradation and mechanical properties compatible with those required in tissue engineering applications. In addition, another goal for the hydrogel was to evaluate its role as a substrate in the process of differentiating embryonic stem cells into cardiomyocyte-like cells, with potential applications in cardiac tissue regeneration. Thus, the synthesis occurs in two steps, first step, open ring polymerization of cyclic esters and cyclic carbonate to synthesize de macromere, in a second step, synthesize the hydrogels by free radical polymerization. By this routes, nine syntheses were made, with 2, 4 and 6% of acrylic acid and 10,15 and 20% of macromere, forming the combinations (constituted by NIPAAm, Macromer and AAc, respectively) 88/10/2, 83/15/2, 78/20/2, 86/10/4, 81/15/4, 76/20/4, 84/10/6, 79/15/6 e 74/20/6. After synthesis the material was characterized the hydrogels and macromes by chemical, thermical and rheological; was evaluated in vitro degradation and cell viability and was determined best material characteristics to induce embryonic stem cells into cardiomyocyties. NMR (1H and 13C) showed chemical bonds intensities of polymerized monomers, verifying macromer polymerization and posterior hydrogel copolymerization, FTIR results showed characteristics bands for the chemical bonds, and formation of expected products for polymerization. DSC showed hydrogels with glass transition temperatures (Tg¬) above 100ºC for all compositions and LCST behavior by calorimetry indicating values below 37ºC, indication for biological applications. Swelling studies evidenced all compositions with water absorption between 36 and 171%, rheological tests showed firstly quickly gelation for all compositions, and LCST behavior corroborating DSC, secondly, viscosity in 2 and 6% of acrylic acid superior of water (1 Pa.s) and with 4% composition below than water, this composition was used for in vivo tests. In vitro degradation showed marker loss of polymeric mass in all compositions, cell differentiation with qPCR confirming gene maintenance and immunofluorescence showing the maintenance of cell phenotype. Finally, in vivo studies in 86/10/4 and 81/15/4 compositions, showed low inflammatory response with gradual reduction and quickly resolution. The induced tissue reorganization showed an acute inflammation. This reorganization was inducing by hydrogel compartmentalization indicating material integration to the tissue, suggesting application as a biomaterial
Subject: Biomateriais
Hidrogel
Biodegradável
Hidrogel injetável
Polímeros
Language: Multilíngua
Editor: [s.n.]
Citation: MISTURA, Daniel Vinícius. Síntese e caracterização de uma classe de hidrogéis injetáveis, termossensíveis e biodegradáveis como substrato para diferenciação celular. 2018. 1 recurso online (154 p.). Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica, Campinas, SP.
Date Issue: 2018
Appears in Collections:FEM - Tese e Dissertação

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