Biofunctionality and immunocompatibility of starch-based biomaterials
Year: 2004
Type: dissertation
Abstract: A procura de novos biomateriais que desempenhem funções específicas sem, no entanto, desencadearem respostas negativas nos hospedeiros constitui um desafio permanente e actual nesta área. Biomateriais degradáveis foram uma das soluções propostas e actualmente em aplicação mas, embora possuam vantagens inegáveis, também apresentam alguns problemas nomeadamente no que diz respeito aos seus produtos de degradação e respectivos efeitos negativos consequentes. Outros biomateriais, entre os quais polímeros de origem natural, foram propostos considerando que os seus produtos de degradação poderão ser incorporados nas vias metabólicas normais evitando efeitos secundários no hospedeiro. Até ao momento, e apesar de todos os esforços e do grande número de dispositivos biomédicos desenvolvidos, o biomaterial ideal para uma aplicação específica ainda não foi encontrado. Estudos com polímeros biodegradáveis à base de amido demonstraram que estes materiais possuem propriedades promissoras abrindo novas perspectivas para a sua possível aplicação numa variedade de aplicações biomédicas. Assim, de modo a demonstrar que estes materiais têm de facto potencial para serem utilizados em, por exemplo, substituição óssea, sistemas de libertação controlada, cimentos ósseos e engenharia de tecidos, seria imperativo avaliar com maior profundidade a resposta biológica desencadeada pelos mesmos. Para tal foi delineado um plano de trabalhos com três objectivos principais: i) avaliar a citocompatibilidade dos polímeros e compósitos à base de amido com monitorização da citotoxicidade e análise da adesão e proliferação celulares nas suas superfícies. Foi dada particular atenção a osteoblastos considerando uma possível aplicação ortopédica para estes materiais; ii) estabelecer modelos in vitro para analisar e prever, tanto quanto possível, uma situação real de resposta inflamatória; iii) validar os resultados in vitro com um modelo in vivo já estabelecido em outros trabalhos de análise da resposta inflamatória a biomateriais. Foram estudadas misturas de amido de milho com três componentes sintéticos (álcool etileno vinílico, acetato de celulose e policaprolactona) assim como os respectivos compósitos com percentagens crescentes de um cerâmico bioactivo (hidroxiapatite). Numa primeira fase de avaliação do efeito dos produtos de degradação dos materiais em estudo foi concluído que duas das misturas apresentam baixa toxicidade, mesmo inferior à determinada para o biomaterial biodegradável padrão Poly-L-Lactic Acid (PLLA). No entanto, os testes de adesão celular revelaram que, para além dos produtos de degradação, as propriedades das superfícies podem determinar se um material possui ou não as características apropriadas para a melhor resposta celular. O efeito da incorporação de HA nos materiais à base de amido foi também analisado concluindo-se que a presença deste cerâmico não induz, de um modo geral, um efeito significativo no desempenho celular de células do tipo osteoblastos. A avaliação in vitro da imunocompatibilidade dos polímeros e compósitos à base de amido foi efectuada numa segunda fase. Esta centrou-se essencialmente na identificação de variações na produção de radicais livres e enzimas degradativas por neutrófilos assim como na capacidade desses materiais activarem, in vitro, outras células do sistema imune. Na presença de alguns materiais, os neutrófilos foram estimulados a níveis muito inferiores ao seu potencial máximo enquanto que na presença de outros materiais as espécies reactivas de oxigénio produzidas pelos neutrófilos activados e que provocam lesões tecidulares, foram inactivadas por “scavangers” presentes nos materiais à base de amido. Verificou-se ainda que algumas citoquinas específicas não foram produzidas na presença de alguns dos materiais estudados enquanto que outras não foram mesmo segregadas em nenhuma das condições. A incorporação de hidroxiapatite nos polímeros à base de amido não afectou significativamente a activação das células do sistema imune ou resultou, dependendo da mistura em causa, numa menor activação. De um modo geral, a avaliação da imunocompatibilidade in vitro permitiu concluir que os polímeros e compósitos à base de amido têm um fraco potential para desencader uma resposta inflamatória. Após implantação in vivo, estes resultados puderam ser confirmados validando os modelos experimentais estabelecidos in vitro. Macroscopicamente não foram observados sinais de uma reacção inflamatória considerável. O facto de não se ter formado qualquer exsudado celular, de os materiais terem sido encapsulados por uma cápsula fibrosa fina e da amplitude da resposta nos tecidos não ter sido muito forte para a maioria dos materiais em estudo, permitiu afirmar que os polímeros e compósitos à base de amido não induzem uma resposta inflamatória severa para os tempos de implantação estudados. Em resumo, os estudos de citocompatibilidade e imunocompatibilidade demonstraram que os polímeros e compósitos à base de milho são biomateriais promissores. Em comparação com os biomateriais degradáveis actualmente em uso, possuem propriedades capazes de induzir um comportamento semelhante, ou mesmo melhor, em termos de citotoxicidade. Estes dados foram reconfirmados com a adesão e proliferação de células do tipo osteoblastos na superfície de alguns dos materiais à base de amido, que demonstraram ser comparáveis às observadas no PLLA, evidenciando a possibilidade de usar esses materiais em aplicações ortopédicas. As conclusões retiradas dos estudos in vitro e in vivo de imunocompatibilidade reforçam as observações das experiências de citocompatibilidade e em conjunto, evidenciam a possibilidade de utilização dos biomateriais à base de amido, com fraca capacidade de desencadear uma reacção inflamatória, em aplicações biomédicas.
Language: English
Subfield: Biomaterials
Field: Materials Science
Domain: Physical Sciences
Open Access status: green
OpenAlex ID: W1241814311