NOVA ABORDAGEM TERAPÊUTICA PARA A REGENERAÇÃO DA CARTILAGEM E DO OSSO

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Characterization of the Mechanical and Biological Properties of a New Alumina Scaffold

Publication . Batista, Patrícia Sofia Pinhanços; Rodrigues, Miguel; Silva, Daniela; Morgado, Patrícia I.; Henriques, J.; Almeida, Maria; Silva, Abílio P.; Correia, Ilídio Joaquim Sobreira

Purpose: In this work, an alumina scaffold was produced through a new method to be used in a near future as a bone substitute. Methods: In vitro and in vivo studies were performed in order to characterize the mechanical and biological properties of the scaffold. Results: the results obtained showed that this scaffold has high mechanical resistance and a porous surface that allows human osteoblast cells to adhere and proliferate. the in vivo studies revealed no systemic reaction. Conclusions: the alumina scaffold produced herein has the mechanical and biological properties that are compatible with its application in bone therapy.

2013-01-01Journal article

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Nova abordagem terapêutica para a regeneração do osso

Publication . Batista, Patrícia Sofia Pinhanços; Correia, Ilídio Joaquim Sobreira; Gil, Maria Helena

O tecido ósseo é um tecido bastante complexo, responsável por diversas funções no nosso organismo, destacando-se como principal, a função de sustentação. Este tecido tem a capacidade de regenerar por si próprio, contudo, quando os defeitos ósseos são extensos, devido à ocorrência de fraturas, perdas ósseas e a doenças associadas ao tecido ósseo (Artrite Reumatoide, Doença de Paget, Osteoartrose, Osteoma, Osteoporose, etc), é necessário efetuar tratamentos clínicos. Estas patologias do tecido ósseo afetam milhões de pessoas em todo o mundo, causando uma diminuição da mobilidade do paciente e consequentemente da sua qualidade de vida. Por outro lado, o tratamento destas doenças tem custos associados muito elevados. Com o objetivo de tratar as lesões deste tecido tem sido usado um elevado número de implantes (auto, alo e xeno enxertos) e outros tratamentos (preenchimento de defeitos com hidrogéis, scaffolds, micropartículas, administração de fármacos, bem como, implantação de próteses) de forma a restabelecer as funções anteriormente desempenhadas por este tecido. A fixação de próteses não é um processo fácil, uma vez que pode ocorrer a rejeição ou incompatibilidade por parte dos tecidos circundantes. Nestas circunstâncias o paciente tem que ser submetido a nova cirurgia, para proceder à substituição das próteses. Este processo tem como consequência um aumento das dores para o paciente e dos custos associados ao tratamento. A área da Engenharia de Tecido Ósseo tem procurado desenvolver metodologias que permitam a criação do substituto ósseo “ideal”, para posteriormente ser utilizado na prática clínica. O desenvolvimento de novos biomateriais tem possibilitado a produção de novos implantes para serem usados na regeneração óssea. Contudo, o ambiente natural do tecido ósseo é extremamente complexo de recriar e nenhum dos materiais até agora desenvolvidos reproduzem completamente a estrutura nativa do osso. O presente trabalho de investigação teve como objetivo desenvolver biomateriais que futuramente possam ser usados na regeneração óssea. Neste estudo foram selecionados diferentes materiais (hidroxiapatite, fosfatos de cálcio, quitosano, pectina, alginato e alumina) tendo por base a informação disponível na literatura existente. Os materiais escolhidos foram primeiramente caracterizados ao nível das suas propriedades químicas e mecânicas. Seguidamente, foram efetuados testes in vitro, para avaliar a sua biocompatibilidade e efetuados testes in vivo para avaliar o seu potencial de osteocondução e osteoindução. Os resultados obtidos permitiram concluir que a alumina não desencadeou um processo inflamatório agudo; o cimento ósseo desenvolvido apresenta vantagens de ser um injetável e possui propriedades adequadas para a sua aplicação em preenchimentos ósseos; a combinação de polissacarídeos naturais permitiu a criação de estruturas porosas, biodegradáveis, biocompatíveis, com uma estrutura semelhante à matriz extracelular e com propriedades mecânicas adequadas à sua utilização na regeneração óssea. Deste modo, existiu uma preocupação constante na seleção dos materiais que iriam ser utilizados, assim como nas técnicas de processamento. Estas são um instrumento fundamental para a engenharia de tecidos, uma vez que a estrutura física do biomaterial deve reproduzir a da matriz extracelular óssea, conferindo além de um suporte com resistência mecânica, uma elevada porosidade que permita a circulação de fluídos. Deste modo, neste trabalho os andaimes produzidos por impressão 3D reproduzem a estrutura nativa do osso e desta forma poderão ser usados num futuro próximo na regeneração óssea.

2013Doctoral thesis

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Novel Methodology Based on Biomimetic Superhydrophobic Substrates to Immobilize Cells and Proteins in Hydrogel Spheres for Applications in Bone Regeneration

Publication . Lima, Ana; Batista, Patrícia Sofia Pinhanços; Valente, Tiago António Martins; Silva, A. Sofia; Correia, Ilídio Joaquim Sobreira; Mano, João

Cell-based therapies for regenerative medicine have been characterized by the low retention and integration of injected cells into host structures. Cell immobilization in hydrogels for target cell delivery has been developed to circumvent this issue. In this work mesenchymal stem cells isolated from Wistar rats bone marrow (rMSCs) were immobilized in alginate beads fabricated using an innovative approach involving the gellification of the liquid precursor droplets onto biomimetic superhydrophobic surfaces without the need of any precipitation bath. The process occurred in mild conditions preventing the loss of cell viability. Furthermore, fibronectin (FN) was also immobilized inside alginate beads with high efficiency in order to mimic the composition of the extracellular matrix. This process occurred in a very fast way (around 5 min), at room temperature, without aggressive mechanical strengths or particle aggregation. The methodology employed allowed the production of alginate beads exhibiting a homogenous rMSCs and FN distribution. Encapsulated rMSCs remained viable and were released from the alginate for more than 20 days. In vivo assays were also performed, by implanting these particles in a calvarial bone defect to evaluate their potential for bone tissue regeneration. Microcomputed tomography and histological analysis results showed that this hybrid system accelerated bone regeneration process. The methodology employed had a dual role by preventing cell and FN loss and avoiding any contamination of the beads or exchange of molecules with the surrounding environment. In principle, the method used for cell encapsulation could be extended to other systems aimed to be used in tissue regeneration strategies.

2013-02-14Journal article

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