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Publicação
Magnesium-based Biodegradable Scaffolds for Bone Tissue Regeneration
| Nome: | Descrição: | Tamanho: | Formato: | |
|---|---|---|---|---|
| 19.86 MB | Adobe PDF |
Autores
Orientador(es)
Resumo(s)
Bone, a remarkable tissue with the ability to naturally regenerate when slightly damaged,
faces limitations when submitted to critical injuries that can inhibit its inherent healing
process, necessitating external interventions like bone grafts, which present challenges,
restricting their clinical application. Thus, biodegradable materials have gained importance
to be used for bone replacement alternatives. These materials can be manipulated
to obtain porous structures in several forms, promoting cell proliferation and adhesion
while supporting the formation of new bone. Magnesium (Mg) emerges as an attractive
biomaterial for these scenarios due to its biodegradability, mechanical properties similar
to natural bone, and its predominant presence in bones, making it an ideal candidate for
bone applications. The primary goal of this studywas to manufacture temporary implants
for bone regeneration. Three approaches were studied incorporating Mg to achieve this:
i) three-dimensional (3D) Additive Manufactured (AM) scaffolds; ii) hydrogels; and iii)
hybrid, through the combination of a scaffold with hydrogel. To produce theAMscaffolds,
two weight percentages of Mg, 5 and 15%, were used in two forms, Magnesium Oxide,
MgO, and Magnesium Sulphate, MgSO4. The addition of Mg resulted in a rough surface
and enhanced mechanical properties, with an optimal Mg content of 5%, presenting the
highest resistance to compression. A synthetic polymer, PEGDA, was used as the hydrogel
base, and MgSO4 was added. The mechanical properties of the Mg group showed an
improvement in the compressive Young’s Modulus (2.28 MPa) and an increase in their
ductility. The plateau reached after an intital weight increase proved that these hydrogels
do not degrade immediately, being stable enough to help bone regeneration. A third
approach was made, combining the two previously mentioned, an AM scaffold with
a Mg-hydrogel. Notably, the mechanical properties of this strategy surpassed those of
both previous approaches. The results demonstrated that the hybrid approach presents a
mechanical behaviour closer to the levels found in natural bone, reaching Compressive
Young’s Modulus of about 2 GPa.
O osso é um tecido com capacidade de se regenerar naturalmente quando ligeiramente danificado, mas enfrenta limitações quando sujeito a lesões críticas que podem inibir esta capacidade, tornando-se necessária intervenção externa, como enxertos ósseos, que apresentam alguns desafios. Assim, os materiais biodegradáveis têm ganho importância, podendo ser manipulados por forma a obter estruturas que promovem a proliferação e adesão celulares, enquanto suportam a formação de novo osso. O magnésio (Mg) surge como um biomaterial atrativo para estas situações por ser biodegradável, apresentar propriedades mecânicas semelhantes às do osso natural e ainda pela sua presença predominante nos ossos. O principal objetivo deste estudo foi fabricar implantes temporários para a regeneração óssea. Foram estudadas três abordagens, com a incorporação de Mg, para atingir este objetivo: i) estruturas tridimensionais (3D), scaffolds, produzidas por fabricação aditiva (AM); ii) hidrogéis; e iii) uma abordagem híbrida, através da combinação de um scaffold com um hidrogel. Para produzir os scaffolds, duas percentagens de Mg, 5 e 15%, foram usadas em duas formas diferentes, Óxido de Magnésio, MgO, e Sulfato de Magnésio, MgSO4. A adição de Mg resultou numa superfície mais rugosa e melhorou as propriedades mecânicas, tendo o grupo de 5% Mg sido eleito como ótimo, apresentando a maior resistência à compressão. Umpolímero sintético, PEGDA, foi usado em combinação com MgSO4 para formulação do hidrogel. A adicição de Mg levou a uma melhoria no módulo de compressão (2.28 MPa) e a um aumento da ductilidade. O plateau atingido após o aumento inicial da massa no teste de degradação comprovou que estes não se degradam imediatamente, sendo estáveis para auxiliar no processo de regeneração óssea. Foi ainda realizada uma terceira abordagem, combinando as estruturas anteriores, scaffold e hidrogel de Mg. Notavelmente, as propriedades mecânicas dessa estratégia superaram as das abordagens anteriores, apresentando um comportamento mecânico mais próximo dos níveis encontrados no osso natural, atingindo um módulo de compressão de quase 2 GPa.
O osso é um tecido com capacidade de se regenerar naturalmente quando ligeiramente danificado, mas enfrenta limitações quando sujeito a lesões críticas que podem inibir esta capacidade, tornando-se necessária intervenção externa, como enxertos ósseos, que apresentam alguns desafios. Assim, os materiais biodegradáveis têm ganho importância, podendo ser manipulados por forma a obter estruturas que promovem a proliferação e adesão celulares, enquanto suportam a formação de novo osso. O magnésio (Mg) surge como um biomaterial atrativo para estas situações por ser biodegradável, apresentar propriedades mecânicas semelhantes às do osso natural e ainda pela sua presença predominante nos ossos. O principal objetivo deste estudo foi fabricar implantes temporários para a regeneração óssea. Foram estudadas três abordagens, com a incorporação de Mg, para atingir este objetivo: i) estruturas tridimensionais (3D), scaffolds, produzidas por fabricação aditiva (AM); ii) hidrogéis; e iii) uma abordagem híbrida, através da combinação de um scaffold com um hidrogel. Para produzir os scaffolds, duas percentagens de Mg, 5 e 15%, foram usadas em duas formas diferentes, Óxido de Magnésio, MgO, e Sulfato de Magnésio, MgSO4. A adição de Mg resultou numa superfície mais rugosa e melhorou as propriedades mecânicas, tendo o grupo de 5% Mg sido eleito como ótimo, apresentando a maior resistência à compressão. Umpolímero sintético, PEGDA, foi usado em combinação com MgSO4 para formulação do hidrogel. A adicição de Mg levou a uma melhoria no módulo de compressão (2.28 MPa) e a um aumento da ductilidade. O plateau atingido após o aumento inicial da massa no teste de degradação comprovou que estes não se degradam imediatamente, sendo estáveis para auxiliar no processo de regeneração óssea. Foi ainda realizada uma terceira abordagem, combinando as estruturas anteriores, scaffold e hidrogel de Mg. Notavelmente, as propriedades mecânicas dessa estratégia superaram as das abordagens anteriores, apresentando um comportamento mecânico mais próximo dos níveis encontrados no osso natural, atingindo um módulo de compressão de quase 2 GPa.
Descrição
Palavras-chave
Bone Regeneration Additive Manufactured Scaffolds Hydrogel Magnesium Tissue Engineering