Síntese e caracterização de nanopartículas de vidro bioativo contendo Ca e Mn e incorporação em hidrogéis injetáveis de Pluronic® F127
Carregando...
Data
Autor(es)
Título da Revista
ISSN da Revista
Título de Volume
Editor
Universidade Federal de Minas Gerais
Descrição
Tipo
Tese de doutorado
Título alternativo
Primeiro orientador
Membros da banca
Rodrigo Lambert Oréfice
Eduardo Henrique Martins Nunes
Eliane Ayres
Talita Martins
Breno Barrioni
Eduardo Henrique Martins Nunes
Eliane Ayres
Talita Martins
Breno Barrioni
Resumo
Vidros bioativos mesoporosos têm demonstrado grande potencial para regeneração tecidual devido à sua capacidade de se ligar ao osso em ambiente fisiológico e estimular o reparo ósseo. A incorporação de diferentes íons com propriedades terapêuticas específicas na estrutura de vidros bioativos é uma estratégia para aprimorar o seu desempenho para aplicações específicas. Dentre os diferentes íons com atividades fisiológicas, a incorporação de íon manganês tem mostrado respostas biológicas favoráveis a diferenciação osteogênica. Ainda com propósito de obtenção de um biomaterial com propriedades aprimoradas do ponto de vista de aplicação e desempenho, a incorporação de partículas de vidro bioativo a matrizes poliméricas injetáveis permite uma alternativa de aplicação minimamente invasiva diretamente no local onde o material é necessário. Nesse trabalho, diferentes composições de nanopartículas mesoporosas de vidro bioativo contendo manganês foram produzidas para avaliação da influência da incorporação desse íon sobre a estrutura e propriedades do material. Análise morfológicas e estruturais confirmaram a obtenção de nanopartículas mesoporosas esféricas de vidro bioativo. Foi verificada a presença de Mn na estrutura o vidro bioativo, bem como a formação de óxidos de manganês de acordo com a concentração de Mn utilizada. Os resultados in vitro mostraram capacidade de liberação controlada de íons e bioatividade em meio fisiológico. Ensaios celulares mostraram efeito dose dependente de manganês sobre viabilidade celular e atividade de fosfatase alcalina. Finalmente as nanopartículas de vidro bioativo foram incorporadas em hidrogéis poliméricos termossensíveis para obtenção de novos nanocompósitos injetáveis. Diferentes formulações de um novo nanocompósito obtidas a partir da incorporação de vidro bioativo em um hidrogel sintético de Pluronic® F-127 foram avaliadas. Foram obtidos hidrogéis com até 89 % de porosidade e ensaios reológicos e de injetabilidade comprovaram a viabilidade para aplicação dos nanocompósitos de forma minimamente invasivas através de seringas. A adição de nanopartículas de vidro bioativo aprimorou as propriedades elásticas e estabilidade dos hidrogéis à temperatura corporal, com aumento do módulo do módulo de elasticidade G’ e tempo de residência, avaliado em ensaio de perda de massa. Além disso, a incorporação de vidro bioativo não comprometeu a viscosidade a baixas temperaturas, permitindo injeção suave e gelificação dentro de faixas de temperatura e tempo adequados a aplicações biomédicas. Diante dos resultados obtidos, os nanocompósitos produzidos apresentam potencial para utilização como materiais injetáveis para aplicação em regeneração óssea.
Abstract
Mesoporous bioactive glasses have shown great potential for tissue regeneration due to their ability to bind to the bone in physiological environment and to stimulate bone repair. The incorporation of different ions with specific therapeutic properties in the bioactive glass network is a strategy to improve the material performance for specific applications. Among the different ions with physiological activities, the manganese ions incorporation has shown to enhance biological responses by favoring osteogenic differentiation. In addition, aiming to obtain a biomaterial with improved properties in terms of application and performance, the incorporation of bioactive glass particles into injectable polymeric matrices allows for a minimally invasive application alternative directly to the place where the material is needed. In this work, different compositions of bioactive glass mesoporous nanoparticles containing manganese were produced to evaluate the Mn influence on the bioactive glass structure and properties. Morphological and structural analysis confirmed that spherical bioactive glass mesoporous nanoparticles were obtained. The Mn presence in the bioactive glass structure was verified, as well as the manganese oxides formation according to the Mn concentration used. In vitro results showed controlled ion release capacity and bioactivity in physiological medium. Cellular assays showed a manganese dose-dependent effect on cell viability and alkaline phosphatase activity. Finally, the bioactive glass nanoparticles were incorporated into a Pluronic® F-127 hydrogel to obtain a new nanocomposite. The material was evaluated for structural characterization, thermosensitive behavior and injection capacity. Hydrogels of up to 89 % porosity were obtained and rheological and injectability tests proved the material feasibility for a minimally invasive administration through syringes. Moreover, the bioactive glass nanoparticles addition improved the hydrogels elastic properties and stability at body temperature, showing an increase in the elasticity modulus (G’) and residence time, evaluated by a mass loss assay. Furthermore, the viscosity at low temperatures was not compromised by the bioactive glass incorporation, allowing a smooth injection and suitable gelation temperature and time for biomedical applications. Considering the obtained results, the produced nanocomposites have great potential for use as injectable devices for bone regeneration.
Assunto
Materiais, Ciência dos materiais, Hidrogéis, Manganês, Nanocompósitos (Materiais), Vidros bioativos
Palavras-chave
Vidro bioativo, Manganês, Nanocompósito injetável, Hidrogel termossensível, Pluronic® F-127