Extração, caracterização e fotorreticulação do colágeno da pele de tilápia visando aplicação em engenharia tecidual

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2025
Autor(a) principal: Moraes, Juliana Rafael de
Orientador(a): Duek, Eliana Aparecida de Rezende lattes
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Dissertação
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: Universidade Federal de São Carlos
Câmpus Sorocaba
Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-Graduação em Ciência dos Materiais - PPGCM-So
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
Palavras-chave em Inglês:
Área do conhecimento CNPq:
Link de acesso: https://hdl.handle.net/20.500.14289/22237
Resumo: Collagen, the main structural protein of the extracellular matrix in vertebrates, accounts for over 25% of total human body proteins. Its molecular organization into triple-helical polypeptide chains provides mechanical strength, biochemical stability, and the ability to stimulate cell proliferation. Due to these properties, collagen has strategic applications in biomedical, tissue engineering, food, and pharmaceutical industries. Traditionally sourced from bovine and porcine tissues, its extraction faces sanitary challenges and religious restrictions, driving the search for sustainable alternatives. In this context, aquatic-derived collagen emerges as a promising option, not only due to its abundance and low zoonotic risk but also because it utilizes aquaculture byproducts—which contain 50–70% collagen—adding economic value and reducing import dependency. Acid solubilization is widely employed for extraction as it preserves the protein’s native structure. However, pure collagen exhibits limitations in mechanical properties, requiring modifications such as crosslinking to expand its biomedical use. This study investigated riboflavin (vitamin B₂)-mediated photocrosslinking, a method that uses blue LED light to form hydrogels with poorly explored physicochemical properties. Collagen was extracted from tilapia skin (Oreochromis niloticus) and characterized by sodium dodecyl sulfate–polyacrylamide gel electrophoresis (SDS-PAGE), scanning electron microscopy (SEM), Fourier-transform infrared spectroscopy (FTIR), and ¹³C nuclear magnetic resonance (¹³C NMR). Hydrogels were then synthesized with riboflavin (0.1% and 1.0%) and irradiated for 5, 10, 20 and 30 minutes. Thermogravimetric analysis (TGA) revealed higher thermal stability in hydrogels with prolonged crosslinking times, while swelling assays indicated lower water absorption and higher crosslinking density at increased riboflavin concentrations and longer light exposure. The denaturation temperature of crosslinked collagen (45°C) exceeded that of native collagen (37°C), and cytotoxicity tests confirmed its biocompatibility. These results demonstrate that photocrosslinked tilapia-derived collagen exhibits suitable properties for tissue engineering applications, positioning it as a viable and sustainable alternative to conventional collagens.
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Due to these properties, collagen has strategic applications in biomedical, tissue engineering, food, and pharmaceutical industries. Traditionally sourced from bovine and porcine tissues, its extraction faces sanitary challenges and religious restrictions, driving the search for sustainable alternatives. In this context, aquatic-derived collagen emerges as a promising option, not only due to its abundance and low zoonotic risk but also because it utilizes aquaculture byproducts—which contain 50–70% collagen—adding economic value and reducing import dependency. Acid solubilization is widely employed for extraction as it preserves the protein’s native structure. However, pure collagen exhibits limitations in mechanical properties, requiring modifications such as crosslinking to expand its biomedical use. This study investigated riboflavin (vitamin B₂)-mediated photocrosslinking, a method that uses blue LED light to form hydrogels with poorly explored physicochemical properties. Collagen was extracted from tilapia skin (Oreochromis niloticus) and characterized by sodium dodecyl sulfate–polyacrylamide gel electrophoresis (SDS-PAGE), scanning electron microscopy (SEM), Fourier-transform infrared spectroscopy (FTIR), and ¹³C nuclear magnetic resonance (¹³C NMR). Hydrogels were then synthesized with riboflavin (0.1% and 1.0%) and irradiated for 5, 10, 20 and 30 minutes. Thermogravimetric analysis (TGA) revealed higher thermal stability in hydrogels with prolonged crosslinking times, while swelling assays indicated lower water absorption and higher crosslinking density at increased riboflavin concentrations and longer light exposure. The denaturation temperature of crosslinked collagen (45°C) exceeded that of native collagen (37°C), and cytotoxicity tests confirmed its biocompatibility. These results demonstrate that photocrosslinked tilapia-derived collagen exhibits suitable properties for tissue engineering applications, positioning it as a viable and sustainable alternative to conventional collagens.O colágeno, principal proteína estrutural da matriz extracelular de vertebrados, constitui mais de 25% das proteínas do corpo humano. Sua organização molecular em três cadeias polipeptídicas helicoidais confere resistência mecânica, estabilidade bioquímica e capacidade de estimular a proliferação celular. Devido a essas propriedades, o colágeno tem aplicações estratégicas em setores como biomedicina, engenharia tecidual, indústria alimentícia e farmacêutica. Tradicionalmente obtido de fontes bovinas e suínas, sua extração enfrenta desafios sanitários e restrições religiosas, motivando a busca por alternativas sustentáveis. Nesse contexto, o colágeno de origem aquática surge como uma opção promissora, não apenas por sua abundância e baixo risco zoonótico, mas também por aproveitar resíduos da aquicultura – que contêm entre 50% e 70% de colágeno, agregando valor econômico e reduzindo a dependência de importações. A extração por solubilização ácida é amplamente empregada por preservar a estrutura nativa da proteína. No entanto, o colágeno puro apresenta limitações em suas propriedades mecânicas, exigindo modificações como a reticulação para ampliar seu uso biomédico. Neste estudo, investigou-se a fotorreticulação mediada por riboflavina (vitamina B₂), um método que utiliza luz LED azul para formar hidrogéis com propriedades físico-químicas ainda pouco exploradas. O colágeno foi extraído da pele de tilápia (Oreochromis niloticus), submetido a caracterização por eletroforese (SDS-PAGE), microscopia eletrônica de varredura (MEV), espectroscopia no infravermelho com transformada de Fourier (FTIR) e ressonância magnética nuclear de ¹³C (RMN ¹³C). Posteriormente, hidrogéis foram sintetizados com riboflavina (0,1% e 1,0%) e irradiados por 5, 10, 20 e 30 minutos. As análises termogravimétricas (TGA) revelaram maior estabilidade térmica nos hidrogéis com tempos prolongados de reticulação, enquanto ensaios de intumescimento indicaram menor absorção hídrica e maior densidade de reticulação em de 1,0% de riboflavina e maior tempo de exposição à luz. A temperatura de desnaturação do colágeno reticulado (45°C) superou a do nativo (37°C), e testes de citotoxicidade em linhagens celulares confirmaram sua biocompatibilidade. Os resultados demonstram que o colágeno derivado de tilápia, quando fotorreticulado, apresenta características adequadas para aplicações em engenharia tecidual, destacando-se como uma alternativa viável e sustentável aos colágenos convencionais.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)88887.840096/2023-00porUniversidade Federal de São CarlosCâmpus SorocabaPrograma de Pós-Graduação em Ciência dos Materiais - PPGCM-SoUFSCarAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/info:eu-repo/semantics/openAccessBiomateriaisTilápiaColágenoRiboflavinaCollagenTilapiaBiomaterialsRiboflavinENGENHARIAS::ENGENHARIA BIOMEDICA::ENGENHARIA MEDICA::BIOMATERIAIS E MATERIAIS BIOCOMPATIVEISExtração, caracterização e fotorreticulação do colágeno da pele de tilápia visando aplicação em engenharia tecidualExtraction, characterization, and photoreticulation of tilapia skin collagen for tissue engineering applicationsinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisreponame:Repositório Institucional da UFSCARinstname:Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)instacron:UFSCARORIGINALArquivo_Dissertação Mestrado_Juliana_Moraes.pdfArquivo_Dissertação Mestrado_Juliana_Moraes.pdfapplication/pdf1790503https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/87b2cd49-d376-4c03-a341-4f984716bf31/download555c28c7e3458ebeae26daa2346cc384MD52trueAnonymousREADCC-LICENSElicense_rdflicense_rdfapplication/rdf+xml; charset=utf-8905https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/2199794a-fb8e-48a7-af82-3c3797f2f64c/download57e258e544f104f04afb1d5e5b4e53c0MD53falseAnonymousREADTEXTArquivo_Dissertação Mestrado_Juliana_Moraes.pdf.txtArquivo_Dissertação Mestrado_Juliana_Moraes.pdf.txtExtracted texttext/plain103600https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/2daf70c8-e792-4683-bc9b-fa20619235b4/download7eb444104c7d89f7a26c43e1167ae78fMD54falseAnonymousREADTHUMBNAILArquivo_Dissertação Mestrado_Juliana_Moraes.pdf.jpgArquivo_Dissertação Mestrado_Juliana_Moraes.pdf.jpgGenerated Thumbnailimage/jpeg4003https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/313eefb2-a973-45f5-971c-f372d9c0f699/downloade8271b03b60d1fd4fd90a1a07a363eceMD55falseAnonymousREAD20.500.14289/222372025-06-24 00:02:31.45http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilopen.accessoai:repositorio.ufscar.br:20.500.14289/22237https://repositorio.ufscar.brRepositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.ufscar.br/oai/requestrepositorio.sibi@ufscar.bropendoar:43222025-06-24T03:02:31Repositório Institucional da UFSCAR - Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)false
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