| Name: | Description: | Size: | Format: | |
|---|---|---|---|---|
| 3.17 MB | Adobe PDF |
Authors
Abstract(s)
The incidence of bone disorders affecting the worldwide population has been presenting a steeply upward and it is expected to double by 2020, especially in populations where aging is associated with increased obesity and poor physical activity. The treatment of these types of disorders have been performed using bone grafts. However, these approaches have several limitations such as limited availability, induction of chronic pain to the patient as well as immune rejection. To surpass these limitations, researchers from Tissue Engineering area have been developing 3D structures, known as scaffolds, that are able to reproduce the mechanical and biological features of the native bone, as well as to promote the bone regenerative process. Among the techniques usually used for the production of these scaffolds, rapid prototyping techniques have been the most applied since they allow the production of structures with defined geometry and sizes. In addition, different types of materials (ceramics/polymers), have been selected to produce scaffolds that are able to mimic the inorganic/organic matrices of native bone. In order to improve the mechanical and osteogenic properties of the scaffolds, the researchers recently have incorporated graphene-derived materials into scaffolds structure. Reduced graphene oxide (rGO) possess great compressive strength and higher capacity to promote the calcium deposition at its surface, in comparison with graphene oxide (GO). However, rGO exhibits a lower stability in aqueous solutions, which impair its direct incorporation into ceramic/polymer mixture used for scaffolds production.
The present work aimed to develop new 3D scaffolds functionalized with rGO. To accomplish that, the scaffolds composed by tricalcium phosphate, chitosan and gelatin (TGC) and graphene oxide (TGC_GO) were produced using a Fab@Home 3D-Plotter. After that, the scaffolds were functionalized with rGO through in situ reduction process, using the L-Ascorbic acid as reducing agent, obtaining TGC_irGO scaffolds. The results obtained revealed that the TGC_irGO scaffolds present enhanced mechanical properties without compromising their porosity. Moreover, the TGC_irGO scaffolds display an improved calcium deposit at their surface and were able to increase the alkaline phosphatase (ALP) activity. In addition, scaffolds also inhibited the microorganism’ growth, without compromising the viability and proliferation of osteoblasts. Such features reveal the potential of the TGC_irGO scaffolds for bone tissue regeneration applications as well as validate the protocol employed to functionalize the scaffolds.
A incidência mundial de doenças que afetam o tecido ósseo tem apresentado um crescimento acentuado e prevê-se que este número duplique até 2020, especialmente em populações onde o envelhecimento está associado ao aumento da obesidade e à pouca atividade física. Nos dias de hoje, o tratamento deste tipo de patologias tem sido efetuado recorrendo ao uso de enxertos ósseos. Contudo, esta abordagem apresenta diversas limitações tais como disponibilidade do enxerto, possibilidade de induzir dor crónica no paciente e rejeição imunológica. Neste contexto, os investigadores da área de Engenharia de Tecidos têm desenvolvido estruturas 3D (andaimes) que reproduzam as propriedades mecânicas e biológicas do osso nativo e que possam ser usadas no processo de regeneração óssea. A produção de andaimes através de técnicas de prototipagem rápida tem permitido o desenvolvimento de estruturas com geometria e tamanho definidos e, ainda a combinação de diferentes tipos de materiais (cerâmicas/polímeros) de forma a mimetizar a matriz inorgânica/orgânica do osso nativo. Recentemente, com o intuito de reforçar as propriedades mecânicas e osteogénicas destas estruturas 3D, os investigadores procederam à incorporação de materiais derivados de grafeno, como o óxido de grafeno (GO) e o óxido de grafeno reduzido (rGO) na sua composição. O rGO tem recebido destaque para aplicação na regeneração óssea, devido à sua elevada força de compressão, bem como grande capacidade de adsorção de cálcio na sua superfície, em comparação com o GO. No entanto, o rGO apresenta reduzida estabilidade em soluções aquosas, o que dificulta a sua direta incorporação na mistura de cerâmica/polímero, que é usada na produção dos andaimes. No presente estudo foram produzidos andaimes compostos por fosfato tricálcico, quitosano e gelatina (TGC) e óxido grafeno (TGC_GO), usando uma Fab@Home 3D-Plotter. Posteriormente, os andaimes foram funcionalizados com rGO, usando o método de redução in situ, e o ácido ascórbico como agente redutor, com o intuito de melhorar as propriedades mecânicas e biológicas dos andaimes. Os resultados obtidos revelaram que os andaimes TGC_irGO apresentaram melhores propriedades mecânicas, em comparação com as outras estruturas 3D produzidas. Além disso, os andaimes TGC_irGO mostraram uma melhor capacidade em adsorver cálcio na sua superfície, aumentando desta forma a atividade da fosfatase alcalina. Por outro lado, os andaimes produzidos apresentaram também atividade antimicrobiana, sem, no entanto, comprometerem a viabilidade e proliferação dos osteoblastos. Os resultados obtidos demonstraram que os andaimes produzidos com TGC_irGO possuem elevado potencial para serem aplicados na regeneração óssea.
A incidência mundial de doenças que afetam o tecido ósseo tem apresentado um crescimento acentuado e prevê-se que este número duplique até 2020, especialmente em populações onde o envelhecimento está associado ao aumento da obesidade e à pouca atividade física. Nos dias de hoje, o tratamento deste tipo de patologias tem sido efetuado recorrendo ao uso de enxertos ósseos. Contudo, esta abordagem apresenta diversas limitações tais como disponibilidade do enxerto, possibilidade de induzir dor crónica no paciente e rejeição imunológica. Neste contexto, os investigadores da área de Engenharia de Tecidos têm desenvolvido estruturas 3D (andaimes) que reproduzam as propriedades mecânicas e biológicas do osso nativo e que possam ser usadas no processo de regeneração óssea. A produção de andaimes através de técnicas de prototipagem rápida tem permitido o desenvolvimento de estruturas com geometria e tamanho definidos e, ainda a combinação de diferentes tipos de materiais (cerâmicas/polímeros) de forma a mimetizar a matriz inorgânica/orgânica do osso nativo. Recentemente, com o intuito de reforçar as propriedades mecânicas e osteogénicas destas estruturas 3D, os investigadores procederam à incorporação de materiais derivados de grafeno, como o óxido de grafeno (GO) e o óxido de grafeno reduzido (rGO) na sua composição. O rGO tem recebido destaque para aplicação na regeneração óssea, devido à sua elevada força de compressão, bem como grande capacidade de adsorção de cálcio na sua superfície, em comparação com o GO. No entanto, o rGO apresenta reduzida estabilidade em soluções aquosas, o que dificulta a sua direta incorporação na mistura de cerâmica/polímero, que é usada na produção dos andaimes. No presente estudo foram produzidos andaimes compostos por fosfato tricálcico, quitosano e gelatina (TGC) e óxido grafeno (TGC_GO), usando uma Fab@Home 3D-Plotter. Posteriormente, os andaimes foram funcionalizados com rGO, usando o método de redução in situ, e o ácido ascórbico como agente redutor, com o intuito de melhorar as propriedades mecânicas e biológicas dos andaimes. Os resultados obtidos revelaram que os andaimes TGC_irGO apresentaram melhores propriedades mecânicas, em comparação com as outras estruturas 3D produzidas. Além disso, os andaimes TGC_irGO mostraram uma melhor capacidade em adsorver cálcio na sua superfície, aumentando desta forma a atividade da fosfatase alcalina. Por outro lado, os andaimes produzidos apresentaram também atividade antimicrobiana, sem, no entanto, comprometerem a viabilidade e proliferação dos osteoblastos. Os resultados obtidos demonstraram que os andaimes produzidos com TGC_irGO possuem elevado potencial para serem aplicados na regeneração óssea.
Description
Keywords
Andaimes Óxido de Grafeno Reduzido Prototipagem Rápida Regeneração Óssea