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Doctoral Thesis
DOI
10.11606/T.46.2017.tde-14122017-134506
Document
Author
Full name
Diego Clemente de Souza
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Paulo, 2017
Supervisor
Committee
Catalani, Luiz Henrique (President)
Capelo, Luciane Portas
Torresi, Susana Ines Cordoba de
Zamarion, Vitor de Moraes
Zavaglia, Cecília Amélia de Carvalho
Title in Portuguese
Biocompósitos eletrofiados de PLLA com alto conteúdo de partículas de fosfatos de cálcio funcionalizados para regeneração óssea
Keywords in Portuguese
Eletrofiação
Fosfato octacálcico
Hidroxiapatita
Hidroxiapatita deficiente em cálcio
Osso
Poli (L-lactideo) (PLLA)
Abstract in Portuguese
Este trabalho visou a produção de suportes para crescimento celular constituídos de compósitos de poli(L-lactídeo) (PLLA) e diversos tipos de fosfatos de cálcio (CaP). A hidroxiapatita deficiente em cálcio (HAD) e o fosfato octacálcico (OCP) em tamanhos submicrométricos foram sintetizados. Hidroxiapatita (HA) e o β-fosfato tricálcico (β-TCP) foram adquiridos da Sigma-Aldrich. Uma mistura de HAD:β-TCP (7:3) também foi preparada. Para melhorar a dispersão da fase mineral em uma matriz polimérica de PLLA, utilizou-se cloreto de lauroíla para funcionalizar a superfície dos CaP. Os espectros de infravermelho e a análise termogravimétrica confirmaram a presença de laurato na superfície de partículas de CaP. As partículas de HA pura também foram funcionalizadas com cloreto de lauroíla para fins comparativos. Compósitos de PLLA/CaP-laurato foram fabricados utilizando a técnica de eletrofiação. A funcionalização da superfície do CaP com laurato resultou em uma melhoria significativa na dispersão de partículas de CaP na matriz polimérica, permitindo a inclusão de até 40% da fase mineral sem comprometer as propriedades mecânicas. Microscopia eletrônica de varredura (SEM) e microscopia eletrônica de transmissão (TEM) foram utilizadas para investigar a morfologia da fibra. A perda de massa e a liberação de cálcio dos suportes durante a degradação em uma solução salina tamponada com fosfato (PBS) foram medidas. HAD e OCP se mostraram ser mais solúveis do que HA e HAD:β-TCP (7:3). A bioatividade dos compósitos foi investigada por imersão das fibras em um fluido corporal simulado (SBF) a 37 °C e pH 7.4. Embora todos os suportes de PLLA/CaP-laurato foram capazes de formar uma camada de apatita em sua superfície após a exposição em SBF, os resultados demonstraram um aumento significativo na mineralização quando HAD, OCP e HAD:β-TCP (7:3) são a fase mineral no compósito em vez da HA. Além disso, malhas produzidas a partir das fibras eletrofiadas de PLLA/CaP-laurato, utilizadas como suporte para crescimento celular, favoreceram a adesão e proliferação de células de fibroblastos de camundongo (NIH-3T3) e células tronco mesenquimais de dentes decíduos humanos (SHED). Finalmente, suportes a partir das malhas PLLA/HAD-laurato e PLLA/OCP-laurato apresentaram melhor desempenho para acelerar a calcificação in vitro como resultado da osteoindução de células SHED e de células pré-osteoblásticas derivadas de calvária de rato (MC3T3-E1) se comparados aqueles contendo HA e HAD:β-TCP (7:3). Esses novos materiais são propostos como biocompósitos de rápida degradação de CaP, para serem utilizados em aplicações de regeneração óssea em ortodontia e ortopedia.
Title in English
Electrospun PLLA biocomposites with high content of calcium phosphates functionalized for bone regeneration
Keywords in English
Bone
Calcium deficient hydroxyapatite
Electrospinning
Hydroxyapatite
Octacalcium phosphate
Poly(L-lactide) (PLLA)
Abstract in English
This work aimed at the generation of scaffolds for cellular growth constituted by poly(L-lactide) (PLLA) and several types of calcium phosphate (CaP). Calcium deficient hydroxyapatite (HAD) and octacalcium phosphate (OCP) were synthesized in submicrometer sizes. Hydroxyapatite (HA) and β-tricalcium phosphate (β-TCP) were purchased from Sigma-Aldrich. A mixture of HAD:β-TCP (7:3) also was prepared. In order to improve the dispersion of the mineral phase in a PLLA polymeric matrix, lauroyl chloride was used to functionalize the surface of CaP. Infrared spectra and thermal gravimetric analysis confirmed the presence of laurate on the surface of CaP particles. Neat HA particles were also functionalized with lauryl chloride for comparative purposes. Composites of PLLA/CaP-laurate were fabricated by electrospinning method. The functionalization of CaP surfaces resulted in significant improvement of the dispersion of CaP particles into the polymeric matrix, allowing inclusion of up to 40% of mineral phase without compromising its mechanical properties. Scanning electron microscopy (SEM) and transmission electron microscopy (TEM) were employed to investigate the morphology of the fibers. The mass loss and calcium release of the scaffolds during degradation in phosphate buffered saline (PBS) were measured. HAD and OCP are more soluble than HA and HAD:β-TCP (7:3). The bioactivity of the composites was investigated by immersing the fibers in a simulated body fluid (SBF) at 37°C and pH 7.4. Although all PLLA/CaP-laurate can form apatite precipitation on their surface after exposition to SBF, the results demonstrate a significant enhancement in the mineralization when HAD, OCP and HAD:β-TCP (7:3) are the mineral phase in the composite instead of HA. Furthermore, mats obtained from PLLA/CaP-laurate electrospun fibers favored the mouse fibroblast cells (NIH-3T3) and stem cells from human exfoliated deciduous teeth (SHED) attachment and proliferation. Finally, PLLA/HAD-laurate and PLLA/OCP-laurate meshes showed better performance in accelerate the calcium phosphate mineralization on its surface as a result of the in vitro osteoinduction of SHEDs and calvaria derived mouse preosteoblastic cells (MC3T3-E1) if compared of those containing HA and HAD:β-TCP (7:3). These new materials are proposed as fast degradation CaP biocomposites to be used in bone regeneration applications in orthodontics and orthopedics.
 
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Publishing Date
2017-12-18
 
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