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Dados do Trabalhos de Conclusão

UNIVERSIDADE FEDERAL DO PIAUÍ
Ciência e Engenharia dos Materiais (21001014024P6)
MATERIAIS BIOMIMÉTICOS INTELIGENTES APLICADOS À ENTREGA CONTROLADA DE OXIGÊNIO E ENGENHARIA DE TECIDOS
GUSTAVO FERNANDES DE SOUSA
TESE
16/12/2024

Nos anos 90, a engenharia de tecidos surge como uma ferramenta que une conhecimentos de áreas como as ciências, medicina e engenharias com o objetivo de substituir, reparar ou regenerar tecidos com função prejudicada por lesão ou doença. Neste contexto, abordagens em engenharia de tecidos necessitam o planejamento de um biomaterial que imite a estrutura tridimensional da matriz extracelular, um microambiente celular capaz de suprir o crescimento, proliferação e diferenciação celular e a presença de fatores sinalizadores capazes de nutrir e manter as funções celulares e do tecido como um todo, biomateriais com essas características são também chamados de materiais biomiméticos. Além de proporcionar um ambiente apropriado para a sobrevivência celular, esses materiais podem também apresentar respostas a estímulos como alteração de pH, temperatura, luz, som, campos eletromagnéticos e assim exercer funções específicas dentro da construção, se comportando como uma matriz 4D ou também classificados como materiais inteligentes. Os métodos para a obtenção de materiais biomiméticos podem ser considerados métodos de biofabricação, dentre estes se destacam a produção de nanofibras por eletrofiação, nanopartículas por eletrospray e matrizes complexas com controle de morfologia por bioimpressão 3D. Aqui são propostas novas rotas para a síntese de nanocristais de peróxido de cálcio, um precursor na produção de oxigênio em ambientes hipóxia localizada em tecidos, além disso o controle da velocidade de entrega desse oxigênio por meio do encapsulamento com polímeros hidrofóbicos que resulta em diminuição da toxicidade e controle da produção de espécies reativas de oxigênio, são sintetizados hidrogeis via click chemistry, a partir de biopolímeros de origem natural com propriedades biomiméticas capazes de promover a cicatrização e regeneração de pele, por fim propomos a produção de plataformas que imitam a condição da osteoartrite em junção osteocondral dentro de chip para testes de novos fármacos. Os resultados obtidos sugerem que a rota para a obtenção do peróxido de cálcio foi capaz de gerar nanocristais estáveis com até 173.56 nm de diâmetro, mostrando grande área superficial, carga superficial de até 45,60 mV, evitando aglomerações das partículas e com propriedade de liberação controlada de oxigênio por até 7 horas, com propriedade de citocompatibilidade avaliada em ensaio de hemólise. Foi possível ainda a produção de hidrogeis sintetizados a partir de sulfato de condroitina, um polissacarídeo de origem natural, com tempo de gelificação de 1.8 minutos, região viscoelástica linear em valores de cisalhamento de 0.5 a 1000 rad/s, módulos de elasticidade superiores a 5000 kPa, poros de 100 μm, valores de inchaço compatíveis e propriedade de neovascularização em tecido cicatricial aproximadamente 2x melhor que animais não tratados. Todos os dados corroboram para o uso da micropartículas e dos hidrogeis produzidos como promissores em abordagens em engenharia de tecidos e medicina regenerativa.

Materiais biomiméticos;Engenharia de tecidos;Entrega de oxigênio;Click chemistry;Cicatrização de feridas
In the 1990s, tissue engineering emerged as a tool that combines knowledge from areas such as science, medicine and engineering with the aim of replacing, repairing or regenerating tissues whose function has been impaired by injury or disease. In this context, tissue engineering approaches specifically involve the design of a biomaterial that mimics the three-dimensional structure of the extracellular matrix, a cellular microenvironment capable of supporting cell growth, disorder and differentiation, and the presence of signaling factors capable of nourishing and maintaining cellular and tissue functions as a whole. Biomaterials with these characteristics are also called biomimetic materials. In addition to providing a protected environment for cell survival, these materials can also respond to stimuli such as changes in pH, temperature, light, and some electromagnetic fields, and thus perform specific functions within the construction, behaving as a 4D matrix or also as specific smart materials. The methods for obtaining biomimetic materials can be considered biofabrication methods, among which the production of nanofibers by electrospinning, nanoparticles by electrospray and complex matrices with morphology control by 3D bioprinting stand out. Here, new routes are proposed for the synthesis of calcium peroxide nanocrystals, a precursor in the production of oxygen in localized hypoxia environments in tissues, in addition to the control of the delivery speed of this oxygen through encapsulation with hydrophobic polymers that results in reduced toxicity and control of the production of reactive oxygen species. Hydrogels are synthesized via click chemistry, from biopolymers of natural origin with biomimetic properties capable of promoting healing and skin regeneration. Finally, we propose the production of platforms that mimic the condition of osteoarthritis, particularly osteochondral, within a chip for testing new drugs. The results found suggest that the route for obtaining calcium peroxide was capable of generating nanocrystals obtained with up to 173.56 nm in diameter, showing a large surface area, surface charge of up to 45.60 mV, avoiding particle agglomeration and with controlled oxygen release property for up to 7 hours, with cytocompatibility property evaluated in hemolysis assay. It was also the production of hydrogels synthesized from chondroitin sulfate, a polysaccharide of natural origin, with gelation time of 1.8 minutes, linear viscoelastic region at shear values of 0.5 to 1000 rad/s, possible division modules greater than 5000 kPa, pores of 100 μm, compatible elasticity values and neovascularization property in scar tissue approximately 2x better than untreated animals. All data corroborate the use of microparticles and the hydrogels produced as promises in approaches in tissue engineering and regenerative medicine.
Biomimetic materials;Tissue engineering;Oxygen delivery;Click chemistry;Wound healing
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PORTUGUES
UNIVERSIDADE FEDERAL DO PIAUÍ
O trabalho possui divulgação autorizada
Tese Final Gustavo Fernandes.pdf

Contexto

MATERIAIS CONJUGADOS E POLIMÉRICOS
POLIMEROS E BIOMATERIAIS
BIOIMPRIMINDO UMA CARTILAGEM BIOMIMÉTICA IN VITRO UTILIZANDO HYDROGÉIS INTELIGENTES QUE GEREM OXIGÊNIO

Banca Examinadora

ANDERSON DE OLIVEIRA LOBO
DOCENTE - PERMANENTE
Sim
Nome Categoria
NAPOLEAO MARTINS ARGOLO NETO Participante Externo
ANDERSON DE OLIVEIRA LOBO Docente - PERMANENTE
PEDRO PIRES GOULART GUIMARAES Participante Externo
RONALDO CUNHA COELHO Participante Externo
BARTOLOMEU CRUZ VIANA NETO Docente - PERMANENTE

Financiadores

Financiador - Programa Fomento Número de Meses
CONS NAC DE DESENVOLVIMENTO CIENTIFICO E TECNOLOGICO - Chamada CNPq Nº 26/2021 – Apoio à Pesquisa Científica, Tecnológica e de Inovação: Bolsas no Exterior 36

Vínculo

Bolsa de Fixação
Instituição de Ensino e Pesquisa
Ensino e Pesquisa
Sim
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Capes UFRN RNP
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