κ-Carrageenan Enhances the Biomineralization and Osteogenic Differentiation of Electrospun Polyhydroxybutyrate and Polyhydroxybutyrate Valerate Fibers

Abstract

Novel electrospun materials for bone tissue engineering were obtained by blending biodegradable polyhydroxybutyrate (PHB) or polyhydroxybutyrate valerate (PHBV) with the anionic sulfated polysaccharide κ-carrageenan (κ-CG) in varying ratios. In both systems, the two components phase separated as shown by FTIR, DSC and TGA. According to the contact angle data, κ-CG was localized preferentially at the fiber surface in PHBV/κ-CG blends in contrast to PHB/κ-CG, where the biopolymer was mostly found within the fiber. In contrast to the neat polyester fibers, the blends led to the formation of much smaller apatite crystals (800 nm vs 7 μm). According to the MTT assay, NIH3T3 cells grew in higher density on the blend mats in comparison to neat polyester mats. The osteogenic differentiation potential of the fibers was determined by SaOS-2 cell culture for 2 weeks. Alizarin red-S staining suggested an improved mineralization on the blend fibers. Thus, PHBV/κ-CG fibers resulted in more pronounced bioactive and osteogenic properties, including fast apatite-forming ability and deposition of nanosized apatite crystals.

Síntese e caracterização de membranas biopoliméricas híbridas contendo apatitas e nanopartículas de prata

“…6,17 Nessa perspectiva, surge a engenharia de tecido ósseo com o propósito de desenvolver de materiais biomédicos que sejam implantados, a fim de facilitar o crescimento e a diferenciação celular no local do tecido lesionado; devido à um trauma, tumor ou infecção; permitindo, consequentemente, o reparo desse defeito ósseo. 18,19 A literatura [20][21][22][23] destaca o uso de membranas poliméricas para o favorecimento do processo de osseointegração, tendo em vista que essas ao revestirem implantes metálicos Introdução _____________________________________________________________________________________ 7 ou, ainda, outros enxertos ósseos comerciais, como partículas de Bio-Oss, podem favorecer a integração desses materiais nos locais defeituosos ao assegurar a migração seletiva de osteoblastos e células osteogênicas que promovem, consequentemente, o crescimento do novo tecido na interface desses implantes. Esse procedimento auxilia na redução dos riscos de rejeição associados a implantação desses materiais sintéticos na matriz óssea.…”

“…20,22,23 Para isso, o material as membranas devem deve fornecer suporte mecânico, isolar e manter o espaço do defeito, possuir capacidade de excluir tecidos ou células indesejáveis, ser biocompatível, osteocondutiva, osteoindutiva, osteointegrativa e de fácil manuseio clínico. [18][19][20]23 Nesse contexto, um aspecto que deve ser destacado é que a resposta do organismo a materiais implantados envolve uma série de eventos celulares que, idealmente, culminam na completa aposição entre o implante e o osso (osteointegração). 6 No caso de materiais utilizados nessa aplicação, além de biocompatíveis, devem ser idealmente osteoindutivos e osteocondutivos, ou seja, devem apresentar a capacidade de induzir e guiar, respectivamente, a formação do novo tecido ósseo ao longo da superfície do material, influenciando na diferenciação e maturação celular.…”

“…6,17 Além disso, têm-se buscado desenvolver materiais que apresentem uma taxa controlada de biodegradação, que não deve desencadear processos inflamatórios, os quais podem interferir na produção da matriz extracelular por células, para que seja eliminada a necessidade de uma cirurgia secundária para remove-lo do corpo no final do período de tratamento. 6,17,18,22 Dessa forma, espera-se que a sua biodegradação ocorra praticamente na mesma velocidade em que o novo tecido cresce no local do defeito ósseo. 6,17…”

“…27 No entanto, o mesmo não ocorre no uso de biopolímeros, uma vez que apresentam menor incidência de toxicidade e inflamação, principalmente, durante a sua degradação, tendo em vista à sua semelhança com os constituintes da matriz extracelular. 18,19,28 Na verdade, a principal vantagem de usá-los, além de apresentarem grande ocorrência na natureza e serem obtidos de fonte renováveis, é o fato de serem facilmente reconhecidos e metabolizados pelo corpo humano, podendo ser degradados enzimaticamente por qualquer parte do corpo. 17,29 Apesar desses benefícios, sua fragilidade mecânica, quando comparada a do material polimérico sintético, e a baixa adesão celular ainda são consideradas como atributos indesejáveis.…”

“…63 Além disso, seu comportamento tixotrópico inerente permitiu sua utilização como uma matriz injetável para o carreamento e distribuição de macromoléculas e células para tratamentos minimamente invasivos. 18 Além disso, os hidrogéis de carragenana formados através de reticulação iônica e têm sido amplamente utilizados na engenharia de tecidos, devido ao fato de exibirem excelente biocompatibilidade. 33…”