Desenvolvimento e caracterização de scaffolds porosos de quitosana visando aplicações biomédicas

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Data
2019-03-28
Autores
Ernesto, Julia Vaz [UNIFESP]
Orientadores
Lopes, Patricia Santos [UNIFESP]
Tipo
Dissertação de mestrado
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Resumo
The development of scaffolds, obtained from biodegradable materials, is a point of great interest in tissue bioengineering. A bioactive material is considered a cell biocondutor when it acts as a temporary fill element guiding the local cellular activity. Chitosan is a biomaterial with several biological properties that allow the elaboration of a scaffold with satisfactory qualities, presenting coagulant and analgesic effect and is biocompatible and biodegradable. Such qualities conduct the use of the same as three-dimensional support aimed at restoration or reconstitution of tissues. Patients who present the clinical condition of severe skin lesion may opt for the application of skin substitutes or dressings developed from biomaterials. The possible use of these bio-curatives provides a possibility of an accessible and effective treatment option. In this context, a biomaterial with adequate properties to be used as cell growth support was developed. The method consisted of preparing a dispersion of 2% (w / v) chitosan in acetic acid, followed by freezing and freeze-drying. Some samples were kept chemically unchanged and used as crosslinker control, and others were crosslinked with 0.01 mol / L epichlorohydrin for 24 hours being washed and re-frozen and lyophilized. Intercalated to this process, a scaffold neutralization procedure was carried out, resulting in crosslinking by ionic interactions in the polymer network, and characteristics as promising as those of the chemically crosslinked with epichlorohydrin. Scanning electron microscopy showed that the porous morphology of crosslinked chitosan scaffolds promoted controlled formation of the polymer network, conferring properties such as adequate vapor permeability (on average, 107 g.mm/dia.m².kPa), adequate permeation to simulated fluid between 2000 and 2500g / m².day and porosity with interconnection which allows fluid absorption capacity above 900%. The crosslinking processes also favored a better mechanical resistance to the handling, corroborated by the biodegradation tests. In the biological field, although no inhibitory activity was observed for growth of microorganisms in the plates, the samples did not allow the permeation of these to the internal environment, forming an efficient barrier against contaminations. They do not present cytotoxicity, guaranteeing safety and confirming the biocompatibility of the frameworks, and allowed satisfactory cell adhesion and proliferation. Results of the tests showed that the crosslinked framework with epichlorohydrin and treated with the sodium bicarbonate neutralizer have statistically equivalent and satisfactory characteristics to be used as a bio-curative, and it is possible to obtain a functional and equivalent dermo-epidermal equivalent for treatment of different pathologies In addition it can provide an efficient and practical system for in vitro toxicological evaluation, replacing the use of animals in the research of pharmaceuticals and cosmetics fields.
O desenvolvimento de arcabouços, ou scaffolds, obtidos a partir de materiais biodegradáveis, é um ponto de grande interesse na bioengenharia de tecidos. Um material bioativo é considerado um biocondutor de células quando este atua como elemento de preenchimento temporário guiando a atividade celular local. A quitosana é um biomaterial com diversas propriedades biológicas que permitem a elaboração de um arcabouço com qualidades satisfatórias que além de possuir efeito coagulante e analgésico, é biocompatível e biodegradável. Tais qualidades propõem a utilização da mesma como suporte tridimensional voltado para restauração ou reconstituição de tecidos. Pacientes que apresentam a condição clínica de lesão tecidual grave da pele podem optar pela aplicação de substitutos de pele ou curativos desenvolvidos a partir de biomateriais. A possível utilização destes biocurativos proporcionam uma possibilidade de opção de tratamento acessível e eficaz. Nesse contexto foi desenvolvido um biomaterial com propriedades adequadas para ser utilizado como suporte de crescimento celular. O método consistiu em preparar uma dispersão de quitosana a 2% (p/v) em ácido acético, seguido de congelamento e liofilização. Algumas amostras foram mantidas quimicamente inalteradas sendo utilizadas como controle do reticulante, e outras foram reticuladas com epicloridrina 0,01 mol/L por 24 horas sendo lavadas e novamente congeladas e liofilizadas. Intercalado a este processo, foi realizado procedimento de neutralização dos scaffolds, que acabou promovendo reticulação por interações iônicas na rede polimérica, e características tão promissoras quanto às do reticulado quimicamente com epicloridrina. A microscopia eletrônica de varredura mostrou que a morfologia porosa de scaffolds de quitosana reticulados promoveu formação controlada da rede polimérica, conferindo propriedades tais como a adequada capacidade de permeação ao vapor (em média, 107 g.mm/dia.m².kPa), adequada permeação ao fluido simulado entre 2000 e 2500g/m².dia e porosidade com interligação o que permite capacidade de absorção de fluido acima de 900%. Os processos de reticulação também favoreceram uma melhor resistência mecânica ao manuseio, corroborada pelos ensaios de biodegradação. No âmbito biológico, apesar de não ter sido observada atividade inibitória de crescimento de microorganismos em placas, as amostras não permitiram a permeação destes para o meio interno, formando uma barreira eficiente contra contaminações. Não apresentam citotoxicidade, garantindo segurança e confirmando a biocompatibilidade dos arcabouços, e possibilitaram adesão e proliferação celular satisfatórias. Resultados dos testes mostraram que o arcabouço reticulado com epicloridrina, e o tratado com o neutralizante bicarbonato de sódio, apresentam características equivalentes estatisticamente e satisfatórias para a finalidade da utilização como biocurativo havendo possibilidade de obtenção de equivalente dermo-epidérmico funcional e adequado para tratamento de diferentes patologias. Além disso pode fornecer um sistema eficiente e prático para a avaliação toxicológica in vitro, visando substituição do uso de animais na pesquisa de produtos farmacêuticos e cosméticos.
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