Produção de suportes poliméricos a partir de eletrofiação 3D para crescimento de células ósseas

Abstract

Um dos principais desafios na medicina contemporânea reside no tratamento de lesões ósseas. Alguns dos implantes utilizados para esse propósito, como os de platina e os de polímeros convencionais, frequentemente resultam em problemas como incompatibilidade e disparidade nos coeficientes de dilatação dos materiais. Assim, procedimentos de substituição ou enxerto são extensivamente adotados para tratar tecidos danificados por doenças graves, traumas ou fatores relacionados à idade avançada. Apesar de sua relevância, o transplante de tecidos ainda enfrenta diversas limitações, que vão desde questões econômicas até problemas associados aos métodos cirúrgicos. Estes podem causar morbidade no local doador, riscos de transmissão de doenças e até rejeição do tecido. Recentemente, avanços nas tecnologias de eletrofiação e manufatura aditiva possibilitaram o desenvolvimento de scaffolds altamente organizados, aplicados à regeneração de tecidos. Neste estudo, propomos a produção de scaffolds nanofibrosos destinados à engenharia de tecido ósseo, utilizando a combinação dessas tecnologias inovadoras. Criamos um sistema de eletrofiação a curta distância, adaptando uma impressora 3D (Fused Deposition Modeling) para esse fim. Sintetizamos nanopartículas de hidroxiapatita por precipitação química e preparamos três soluções poliméricas distintas: a primeira de poli(ɛ-caprolactona) (PCL) e as outras duas de poli(ɛ-caprolactona)/hidroxiapatita (PCL/HA) com diferentes proporções de HA. A hidroxiapatita foi caracterizada por meio de técnicas como microscopia eletrônica de varredura (MEV), espectroscopia de infravermelho com transformada de Fourier (FTIR), difratometria de raios-x (DRX) e análise térmica (TGA). Essas análises confirmaram a morfologia, as bandas de absorção características no infravermelho, a estrutura cristalina e a estabilidade térmica do material obtido. Para produzir os scaffolds estruturados à base de nanofibras, utilizamos o método de eletrofiação a curta distância acoplada à impressora 3D. Os três scaffolds de nanofibras foram caracterizados também por FTIR, TGA, MEV, espectroscopia por energia dispersiva (EDS) e microscopia óptica. Além disso, foram submetidos a testes mecânicos e ensaios de intumescimento, nos quais foram evidenciadas propriedades essenciais de estabilidade e resistência do material, expressas por valores de módulo de Young (E), tensão máxima, tensão de ruptura (TR), elongamento máximo (EM) e grau de intumescimento (GI). Os testes de citotoxicidade confirmaram que o biomaterial é atóxico. As análises realizadas validaram a eficácia da impressora como um sistema para a produção eficiente de scaffolds com orientação de fibras, e evidenciaram a produção bem sucedida de um biomaterial com potencial aplicação na medicina regenerativa.