Arcabouços poliméricos pbat 3d produzidos através da modelagem por deposição fundida (FDM) e modificados superficialmente para aplicação em engenharia de tecido ósseo

Abstract

A engenharia de tecidos ósseos (ETO) é uma área que desenvolve arcabouços capazes de mimetizarem e repararem danos ao tecido ósseo. A manufatura aditiva, permite a fabricação de arcabouços 3D com variadas geometrias e propriedades, sendo que a técnica de modelagem por fusão e deposição (FDM) apresenta versatilidade e baixo custo. Uma das maneiras de se obter arcabouços que promovam adesão, proliferação e diferenciação celular, é modificar a superfície dos materiais. Neste trabalho utilizou-se a técnica FDM, com o filamento polimérico de poli(butileno adipato-co-tereftalato (PBAT), que é biocompatível e bioreabsorvivel e têm apresentando características adequadas para ETO. Apesar desta característica, os polímeros sintéticos possuem baixo reconhecimento celular, necessitando de modificações. Para suprir esta necessidade, os arcabouços foram revestidos com hidroxiapatita (H), biovidro dopado com Nióbio (B) e/ou gelatina (G), pela técnica de imersão em solução aquosa. Os materiais foram analisados frente às suas características estruturais de grupamentos, morfológicas, térmicas, mecânicas, e biológicas com os ensaios de brometo de metil tiazolil difenil-tetrazólio (MTT), sulforodamina B (SRB) e vermelho de alizarina S. Foram produzidos arcabouços 3D de PBAT e a sua modificação da superfície, foi comprovada pelas micrografia de MEV-FEG com EDS e os grupamentos funcionais analisados por FTIR. A modificação não ocasionou mudanças na estabilidade térmica do polímero PBAT e houve um aumento no módulo de Young em mais de 1,5 vezes quando modificado, além de aumentar a tensão de compressão de 0,96 ± 0,23 MPa para o PBAT puro, para mais de 2 MPa dependendo da modificação aplicada. A porosidade do arcabouço de PBAT 3D, bem como de todos os materiais imersos se manteve em aproximadamente 60 %. Finalmente, todos os arcabouços demonstraram viabilidade celular pelos ensaios de MTT e SRB, sem diferença significativa, bem houve aumento de mineralização celular do PBG, PHG e PBH no ensaio de vermelho de alizarina S com células pré-osteoblásticas MC3T3-E1, quando em comparação ao material puro 3D de PBAT. Portanto, a modificação por imersão PBAT 3D com 2 componentes, demonstrou ser uma alternativa promissora para produção de biomateriais funcionais para ETO.

Bone tissue engineering (BTE) is an area that develops scaffolds capable of mimicking and repairing damage to bone tissue. Additive manufacturing allows the fabrication of 3D scaffolds with varied geometries and properties, and the fusion deposition modeling (FDM) is a versatile and low cost technique. One way to obtain scaffolds that promote cell adhesion, proliferation and differentiation is to modify the surface of the materials. In this work, the FDM technique was used, with the polymeric filament of poly(butylene adipate-co-terephthalate (PBAT), which is biocompatible and bioresorbable and has presented characteristics suitable for ETO. Despite this characteristic, synthetic polymers have low cellular recognition, requiring modifications. To meet this need, the scaffolds were coated with hydroxyapatite (H), bioglass doped with Niobium (B) and/or gelatin (G), by immersion in aqueous solution technique. The materials were analyzed for their structural characteristics of groups, morphological, thermal, mechanical, and biological tests with methyl thiazolyl diphenyl tetrazolium bromide (MTT), sulforhodamine B (SRB) and alizarin red S. 3D PBAT scaffolds were produced and their surface modification was proven by SEM-FEG micrographs with EDS and the functional groups analyzed by FTIR. The modification did not cause changes in the thermal stability of PBAT polymer and there was an increase in Young's modulus of more than 1.5 times when modified, in addition an increasing in compressive stress from 0.96 ± 0.23 MPa for pure PBAT, to more than 2 MPa depending on the modification applied. The porosity of the 3D PBAT scaffold, as well as of all immersed materials, remained at approximately 60%. Finally, all scaffolds demonstrated cell viability by the MTT and SRB assays, with no significant difference, and there was an increase in cellular mineralization of PBG, PHG and PBH in the alizarin red S assay with pre-osteoblastic MC3T3-E1 cells, when compared to the pure 3D PBAT material. Therefore, the immersion modification of 3D PBAT with two components proved to be a promising alternative to produce functional biomaterials for ETO.