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Publicação
Development of multifunctional hybrid scaffolds for massive bone defects filling and regeneration
| Nome: | Descrição: | Tamanho: | Formato: | |
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| 1.29 MB | Adobe PDF |
Orientador(es)
Resumo(s)
Despite the growing number of survival cases, due to the increase in cases, the death rate from
cancer-related diseases has been increasing over the years. Being less than 0.2% of all cancers, primary
bone cancers are extremely unusual and often curable. However, about 50% of these tumors can
metastasize, so early intervention is frequently necessary.
Tumor or tumor-like resection derived from osteosarcoma usually leads to the creation of large bone
defects, which constitute a reconstructive problem. The current standard procedures used to resolve this
and other related issues are viable solutions. However, they are far from being ideal, still carrying many
risks, and often failing.
With the ongoing advances in a variety of theoretical subjects and in manufacturing (namely 3D
printing), bone graft substitutes using smart biodegradable scaffolds are revolutionizing bone tissue
engineering and regenerative medicine. In addition, despite the numerous options currently available,
the scientific consensus is that the ideal bone graft should likely have a hybrid composition.
The goal of this thesis is to provide an overall review of the current state-of-the-art on the main
concepts associated with chitosan-based 3D scaffolds. Porous scaffolds produced by conventional
fabrication techniques, using chemically cross-linked chitosan hydrogel are analysed. Due to its
growing popularity, cross-linking agent genipin was selected as a case study. Follows an analysis on
the most recent methods of scaffold fabrication reinforced by rapid prototyping techniques (PLA is
further examined as printing material). The incorporation of bioactive agents and cells is evaluated in
both options.
The different factors that influence the properties of each material, the overall performance of the
3D structures, and the most common methods of surface modification are also discussed topics. To
finalize, the key aspects that still need improvement and future perspectives for scaffold technology are
highlighted.
Representando menos de 0,2% de todos os casos de cancro, os cancros ósseos primários são extremamente incomuns e, na maioria das vezes, curáveis, no entanto, cerca de 50% destes tumores podem metastizar e, portanto, uma intervenção precoce é frequentemente necessária. A ressecção de tumores ou de variantes destes geralmente leva à criação de grandes defeitos ósseos que constituem um problema reconstrutivo. Os procedimentos padrões usados atualmente para resolver este e outros problemas relacionados são soluções viáveis, no entanto, ainda longe de serem ideais, constatando-se a presença de diversos riscos e de um elevado rácio de insucesso. Com os contínuos avanços nos demais conteúdos teóricos e em fabricação (nomeadamente impressão 3D), os substitutos de scaffolds (“andaimes”) ósseos recorrendo a suportes biodegradáveis inteligentes têm vindo a revolucionar a engenharia de tecidos ósseos e a medicina regenerativa. Para além disso, apesar das mais diversas opções atualmente disponíveis, o consenso científico é que o scaffold ideal deverá ter uma composição híbrida. Esta tese pretende fornecer uma revisão geral do estado da arte atual acerca dos principais conceitos associados a scaffolds 3D à base de quitosano. São analisados scaffolds porosos produzidos por técnicas convencionais, à base de hidrogel de quitosano reticulado quimicamente. Devido à sua crescente popularidade, o agente de reticulação genipina foi selecionado como estudo de caso. Segue se uma análise relacionada com os métodos mais recentes de fabrico de scaffoldsreforçados por técnicas de prototipagem rápida (PLA é posteriormente examinado como material de impressão). A incorporação de agentes bioativos e células é avaliada em ambas as opções. Os diferentes fatores que influenciam as propriedades de cada material, o desempenho geral da estrutura 3D e os métodos mais comuns de preparação de superfície são também tópicos discutidos. Para finalizar, destacam-se os aspetos ainda sujeitos a aperfeiçoamento e as perspetivas futuras para a tecnologia de scaffolds.
Representando menos de 0,2% de todos os casos de cancro, os cancros ósseos primários são extremamente incomuns e, na maioria das vezes, curáveis, no entanto, cerca de 50% destes tumores podem metastizar e, portanto, uma intervenção precoce é frequentemente necessária. A ressecção de tumores ou de variantes destes geralmente leva à criação de grandes defeitos ósseos que constituem um problema reconstrutivo. Os procedimentos padrões usados atualmente para resolver este e outros problemas relacionados são soluções viáveis, no entanto, ainda longe de serem ideais, constatando-se a presença de diversos riscos e de um elevado rácio de insucesso. Com os contínuos avanços nos demais conteúdos teóricos e em fabricação (nomeadamente impressão 3D), os substitutos de scaffolds (“andaimes”) ósseos recorrendo a suportes biodegradáveis inteligentes têm vindo a revolucionar a engenharia de tecidos ósseos e a medicina regenerativa. Para além disso, apesar das mais diversas opções atualmente disponíveis, o consenso científico é que o scaffold ideal deverá ter uma composição híbrida. Esta tese pretende fornecer uma revisão geral do estado da arte atual acerca dos principais conceitos associados a scaffolds 3D à base de quitosano. São analisados scaffolds porosos produzidos por técnicas convencionais, à base de hidrogel de quitosano reticulado quimicamente. Devido à sua crescente popularidade, o agente de reticulação genipina foi selecionado como estudo de caso. Segue se uma análise relacionada com os métodos mais recentes de fabrico de scaffoldsreforçados por técnicas de prototipagem rápida (PLA é posteriormente examinado como material de impressão). A incorporação de agentes bioativos e células é avaliada em ambas as opções. Os diferentes fatores que influenciam as propriedades de cada material, o desempenho geral da estrutura 3D e os métodos mais comuns de preparação de superfície são também tópicos discutidos. Para finalizar, destacam-se os aspetos ainda sujeitos a aperfeiçoamento e as perspetivas futuras para a tecnologia de scaffolds.
Descrição
Palavras-chave
3D printing Chitosan Drug delivery Hydrogel Scaffold