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Authors
Advisor(s)
Abstract(s)
Bone is the main component of the human skeleton. This tissue is responsible for several
functions at the structural and biological level. It is a tissue that is highly vascularized and
dynamic, with excellent mechanical properties and also has the capacity for selfregeneration.
However, several factors as aging, disorders at metabolic level and fractures,
can lead to a loss of integrity of this tissue. In this context, it is necessary to develop bone
substitutes that mimic the structure of extracellular matrix and induce regeneration of the
damaged tissue. Currently, the most commonly clinical treatments used are based in the
application of bone grafts obtained from the patient or from another. However, these
therapeutic approaches present several limitations, namely immunologic responses and
infectious risks. Tissue Engineering, an area that aims to develop biological substitutes that
are able to enhance, restore or replace the damaged tissue, has emerged as an area of
research that is looking for new solutions to improve bone regeneration. In this field of
research, several types of biomaterials have been developed for this purpose. Among these,
three dimensional structures, also known as scaffolds are the most promising because these
structures possess the essential properties needed for the bone regeneration, such as
biocompatibility, biodegradability and porosity. Besides, scaffolds provide a structure that
mimic extracellular matrix which is fundamental to promote cell adhesion and proliferation
until tissue regeneration occurs. In this context, novel biomaterials based in chitosan, gelatin
and beta-tricalcium phosphate were developed in this work, in order to be applied in a near
future in bone regeneration. Several physical-chemical and mechanical studies were
performed, to study the influence of the incorporation of gelatin and beta tricalcium
phosphate in the structure of chitosan scaffolds. Besides, biological studies were performed
in vitro with human osteoblasts to evaluate the materials cytotoxic profile. The results
obtained demonstrate that the scaffolds developed provide a suitable support for cell
adhesion and proliferation. Moreover, the scaffolds do not present toxicity, highlighting its
application in regenerative medicine.
O osso é o principal componente do esqueleto humano, desempenhando diversas funções a nível estrutural e biológico. É um tecido altamente vascularizado e dinâmico, com propriedades mecânicas excepcionas e com capacidade de se auto-regenerar ao longo da vida. No entanto, existem diversos factores como o envelhecimento, desordens a nível metabólico e fraturas, que podem levar à perda da integridade deste tecido. Neste contexto, surge a necessidade de desenvolver substitutos ósseos que mimetizem a sua estrutura e induzam a sua regeneração. Atualmente, os tratamentos clínicos mais usados baseiam-se na aplicação de enxertos ósseos do próprio paciente ou proveniente de outro. Contudo, estas abordagens terapêuticas apresentam diversas desvantagens para o paciente, nomeadamente riscos imunológicos e de transmissão de doenças. De forma a colmatar estas limitações, surge a Engenharia de Tecidos, uma área de investigação que tem procurado desenvolver novos substitutos biológicos que possuam a capacidade de melhorar, restaurar ou mesmo substituir o tecido lesado. Com este intuito, têm sido desenvolvidos vários tipos de biomateriais. Neste campo, estruturas tridimensionais, também conhecidas como scaffolds, revelam ser os mais promissores. Estes possuem propriedades essenciais no processo de regeneração óssea, tais como biocompatibilidade, biodegradabilidade e porosidade. Simultaneamente, estas estruturas tridimensionais permitem a criação de uma estrutura com a capacidade de mimetizar a matriz extracelular, e desta forma favorecer a adesão e proliferação celular até ocorrer a regeneração do tecido lesado. Neste contexto, novos biomateriais a base de quitosano, gelatina e beta fosfato tricálcico, foram desenvolvidos ao longo deste trabalho, para futura aplicação na regeneração óssea. Vários estudos das propriedades físico-químicas e mecânicas dos materiais foram realizados com o objectivo de estudar qual a influência da incorporação da gelatina e do beta fosfato tricálcico em scaffolds de quitosano. Além disso, o perfil citotóxico dos materiais foi caracterizado in vitro, através da utilização de osteoblastos humanos. Os resultados obtidos demonstram que as estruturas desenvolvidas fornecem um suporte adequado à adesão e proliferação celular. Além disso, não apresentam efeitos tóxicos para as células, evidenciando a sua possível aplicação na área da medicina regenerativa.
O osso é o principal componente do esqueleto humano, desempenhando diversas funções a nível estrutural e biológico. É um tecido altamente vascularizado e dinâmico, com propriedades mecânicas excepcionas e com capacidade de se auto-regenerar ao longo da vida. No entanto, existem diversos factores como o envelhecimento, desordens a nível metabólico e fraturas, que podem levar à perda da integridade deste tecido. Neste contexto, surge a necessidade de desenvolver substitutos ósseos que mimetizem a sua estrutura e induzam a sua regeneração. Atualmente, os tratamentos clínicos mais usados baseiam-se na aplicação de enxertos ósseos do próprio paciente ou proveniente de outro. Contudo, estas abordagens terapêuticas apresentam diversas desvantagens para o paciente, nomeadamente riscos imunológicos e de transmissão de doenças. De forma a colmatar estas limitações, surge a Engenharia de Tecidos, uma área de investigação que tem procurado desenvolver novos substitutos biológicos que possuam a capacidade de melhorar, restaurar ou mesmo substituir o tecido lesado. Com este intuito, têm sido desenvolvidos vários tipos de biomateriais. Neste campo, estruturas tridimensionais, também conhecidas como scaffolds, revelam ser os mais promissores. Estes possuem propriedades essenciais no processo de regeneração óssea, tais como biocompatibilidade, biodegradabilidade e porosidade. Simultaneamente, estas estruturas tridimensionais permitem a criação de uma estrutura com a capacidade de mimetizar a matriz extracelular, e desta forma favorecer a adesão e proliferação celular até ocorrer a regeneração do tecido lesado. Neste contexto, novos biomateriais a base de quitosano, gelatina e beta fosfato tricálcico, foram desenvolvidos ao longo deste trabalho, para futura aplicação na regeneração óssea. Vários estudos das propriedades físico-químicas e mecânicas dos materiais foram realizados com o objectivo de estudar qual a influência da incorporação da gelatina e do beta fosfato tricálcico em scaffolds de quitosano. Além disso, o perfil citotóxico dos materiais foi caracterizado in vitro, através da utilização de osteoblastos humanos. Os resultados obtidos demonstram que as estruturas desenvolvidas fornecem um suporte adequado à adesão e proliferação celular. Além disso, não apresentam efeitos tóxicos para as células, evidenciando a sua possível aplicação na área da medicina regenerativa.
Description
Keywords
Medicina regenerativa Engenharia de tecidos - Andaimes Biomateriais Biomateriais - Quitosano Biomateriais - Gelatina Biomateriais - Beta Fosfato Tricálcico Regeneração óssea - Terapêutica