Desenvolvimento de biocompósitos de Poli (ácido láctico)/biocargas para impressão 3d de scaffolds para engenharia de tecidos ósseos
Ano de defesa: | 2020 |
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Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais - PPGCEM
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Resumo: | As life expectancy increases worldwide, there is an increased need for orthopedic procedures to repair bone defects resulting from trauma. In this context, new surgical procedures and bone repair materials, such as scaffolds and temporary models for bone regeneration have been developed. In this doctoral dissertation, the development of printable biocomposites composed of poly(lactid acid) (PLA)/bioactive fillers envisioning bone tissue engineering was investigated as an alternative for scaffold fabrication that supports bone growth and could be manufactured to fit the specifics of individuals. During the development of PLA/biofiller composites, an intense investigation was carried out on the processing, rheological and thermal characteristics and molecular properties and their correlation with the characteristics needed for manufacturing and printing filaments with bioactive properties. PLA filaments and PLA/hydroxyapatite (HA) and PLA/b-tricalcium phosphate (TCP) biocomposites were produced by twin screw extrusion, and scaffolds with the biomimetic bone structure were 3Dprinted from the filaments. The scaffolds were characterized by compression tests and presented compressive properties similar to those of human bone. Bioactivity and biocompatibility were analyzed using simulated body fluid and cell line tests, respectively. The scaffolds were able to originate the formation of calcium phosphates within seven days, indicating an adequate environment to support cell growth, and tests with cell lines showed that biocomposite scaffolds are capable of supporting cell growth and differentiation. In summary, PLA/HA and PLA/TCP biocomposite scaffolds with high biocompatibility and bioactivity properties were developed. The use of 3D printing enables the manufacturing of an infinite number of shapes that are suitable to repair bone defects. |
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Backes, Eduardo HenriquePessan, Luiz Antoniohttp://lattes.cnpq.br/8276650236213537Passador, Fabio Robertohttp://lattes.cnpq.br/0152213852695153http://lattes.cnpq.br/64077134916207492020-08-17T00:24:34Z2020-08-17T00:24:34Z2020-08-11BACKES, Eduardo Henrique. Desenvolvimento de biocompósitos de Poli (ácido láctico)/biocargas para impressão 3d de scaffolds para engenharia de tecidos ósseos. 2020. Tese (Doutorado em Ciência e Engenharia de Materiais) – Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, 2020. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/13161.https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/13161As life expectancy increases worldwide, there is an increased need for orthopedic procedures to repair bone defects resulting from trauma. In this context, new surgical procedures and bone repair materials, such as scaffolds and temporary models for bone regeneration have been developed. In this doctoral dissertation, the development of printable biocomposites composed of poly(lactid acid) (PLA)/bioactive fillers envisioning bone tissue engineering was investigated as an alternative for scaffold fabrication that supports bone growth and could be manufactured to fit the specifics of individuals. During the development of PLA/biofiller composites, an intense investigation was carried out on the processing, rheological and thermal characteristics and molecular properties and their correlation with the characteristics needed for manufacturing and printing filaments with bioactive properties. PLA filaments and PLA/hydroxyapatite (HA) and PLA/b-tricalcium phosphate (TCP) biocomposites were produced by twin screw extrusion, and scaffolds with the biomimetic bone structure were 3Dprinted from the filaments. The scaffolds were characterized by compression tests and presented compressive properties similar to those of human bone. Bioactivity and biocompatibility were analyzed using simulated body fluid and cell line tests, respectively. The scaffolds were able to originate the formation of calcium phosphates within seven days, indicating an adequate environment to support cell growth, and tests with cell lines showed that biocomposite scaffolds are capable of supporting cell growth and differentiation. In summary, PLA/HA and PLA/TCP biocomposite scaffolds with high biocompatibility and bioactivity properties were developed. The use of 3D printing enables the manufacturing of an infinite number of shapes that are suitable to repair bone defects.Com o aumento da expectativa de vida da população mundial houve um aumento da necessidade de procedimentos ortopédicos para reparações ósseas decorrentes de traumas. Neste contexto, têm sido desenvolvidos novos procedimentos cirúrgicos e novos materiais para essas aplicações, como os scaffolds que são modelos temporários para regeneração óssea. Nesta tese de doutorado investigou-se o desenvolvimento de biocompósitos de poli (ácido láctico) (PLA)/biocargas para impressão 3D de scaffolds para engenharia de tecidos ósseos como uma alternativa para a produção de scaffolds que suportem crescimento ósseo e possam ser fabricados de modo a se adequar as especificidades dos indivíduos. Durante o desenvolvimento dos biocompósitos de PLA/biocargas realizou-se uma intensa investigação das características de processamento, propriedades reológicas, térmicas e moleculares e sua correlação com as características necessárias para fabricação e impressão de filamentos com propriedades bioativas. Filamentos de PLA e biocompósitos de PLA/Hidroxiapatita (HA) e PLA/b-fosfato tricálcico (TCP), foram produzidos por extrusão de dupla rosca e a partir deles realizou-se a confecção de scaffolds com estrutura biomimética a do osso. Estes foram caracterizados por testes de compressão e apresentaram propriedades mecânicas similares as do osso humano. Os scaffolds apresentaram comportamento bioativo, com a formação fosfatos de cálcio em tempos de até 7 dias após imersão em fluído corporal simulado, indicando um ambiente adequado para suportar crescimento celular e testes com linhagens celulares mostraram que os scaffolds biocompósitos são capazes de suportar o crescimento e diferenciação celular. Em suma, foram desenvolvidos scaffolds biocompósitos de PLA/HA e PLA/TCP com elevada biocompatibilidade e bioatividade, e com a utilização da impressão 3D é possível a fabricação de uma infinidade de formas que se adequem ao defeito ósseo que necessite de reparação.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)CAPES: Código de Financiamento 001FAPESP: 2017/11366-7porUniversidade Federal de São CarlosCâmpus São CarlosPrograma de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais - PPGCEMUFSCarAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/info:eu-repo/semantics/openAccessPLABiocargasBiossilicatoBeta-fosfato tricálcicoHidroxiapatitaManufatura aditivaBiofillersBiosilicate®Beta-tricalcium phosphateHydroxyapatiteAdditive manufacturingENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICA::MATERIAIS NAO METALICOSDesenvolvimento de biocompósitos de Poli (ácido láctico)/biocargas para impressão 3d de scaffolds para engenharia de tecidos ósseosDevelopment of printable biocomposites of poly (lactid acid)/bioactive fillers envisioning bone tissue engineeringinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisreponame:Repositório Institucional da UFSCARinstname:Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)instacron:UFSCARORIGINALEduardo Henrique Backes - Tese.pdfEduardo Henrique Backes - Tese.pdfEduardo Henrique Backes - Teseapplication/pdf5642464https://{{ getenv "DSPACE_HOST" "repositorio.ufscar.br" }}/bitstream/ufscar/13161/1/Eduardo%20Henrique%20Backes%20-%20Tese.pdfd87a4e95246f4e44bfc8f2ff7558bfb9MD51BCO carta comprovante autoarquivamento .pdfBCO carta comprovante autoarquivamento .pdfBCO carta comprovante autoarquivamentoapplication/pdf304153https://{{ getenv "DSPACE_HOST" "repositorio.ufscar.br" }}/bitstream/ufscar/13161/2/BCO%20carta%20comprovante%20autoarquivamento%20.pdf3308b5ada95cb053fd353a74343a7009MD52CC-LICENSElicense_rdflicense_rdfapplication/rdf+xml; charset=utf-8811https://{{ getenv "DSPACE_HOST" "repositorio.ufscar.br" }}/bitstream/ufscar/13161/3/license_rdfe39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34MD53TEXTEduardo Henrique Backes - Tese.pdf.txtEduardo Henrique Backes - Tese.pdf.txtExtracted texttext/plain241634https://{{ getenv "DSPACE_HOST" "repositorio.ufscar.br" }}/bitstream/ufscar/13161/4/Eduardo%20Henrique%20Backes%20-%20Tese.pdf.txt9ee8b0a0bc076700d93a548c9c2625a6MD54BCO carta comprovante autoarquivamento .pdf.txtBCO carta comprovante autoarquivamento .pdf.txtExtracted texttext/plain1306https://{{ getenv "DSPACE_HOST" "repositorio.ufscar.br" }}/bitstream/ufscar/13161/6/BCO%20carta%20comprovante%20autoarquivamento%20.pdf.txt488d3bb58f7b20f5da5b999be65130abMD56THUMBNAILEduardo Henrique Backes - Tese.pdf.jpgEduardo Henrique Backes - Tese.pdf.jpgIM Thumbnailimage/jpeg6500https://{{ getenv "DSPACE_HOST" "repositorio.ufscar.br" }}/bitstream/ufscar/13161/5/Eduardo%20Henrique%20Backes%20-%20Tese.pdf.jpg0cdd1476db6b75074910122a3dfc05ddMD55BCO carta comprovante autoarquivamento .pdf.jpgBCO carta comprovante autoarquivamento .pdf.jpgIM Thumbnailimage/jpeg10668https://{{ getenv "DSPACE_HOST" "repositorio.ufscar.br" }}/bitstream/ufscar/13161/7/BCO%20carta%20comprovante%20autoarquivamento%20.pdf.jpg74c7faf0cb6101743ff2a1a75e03922aMD57ufscar/131612020-08-17 03:11:36.123oai:repositorio.ufscar.br:ufscar/13161Repositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.ufscar.br/oai/requestopendoar:43222023-05-25T12:59:48.550476Repositório Institucional da UFSCAR - Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)false |
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