Desenvolvimento de biocompósitos PLA/PBS/Biocargas para impressão 3d de scaffolds para engenharia de tecidos ósseos

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2025
Autor(a) principal: Lima, Luana Caroline Góis
Orientador(a): Backers, Eduardo Henrique 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 São Carlos
Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais - PPGCEM
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/20.500.14289/23558
Resumo: The increasing demand for bone implants to treat diseases or injuries has driven the search for new approaches capable of providing functional substitutes. These solutions, known as scaffolds, aim to address tissue scarcity and adapt in a personalized manner to the individual needs of each patient. To be effective, these scaffolds must exhibit biocompatibility, controlled bioresorbability, mechanical stability, and the ability to promote cell adhesion, proliferation, and differentiation. Therefore, this study aimed to develop biocomposite scaffolds composed of a blend of poly(lactic acid) (PLA) and poly(butylene succinate) (PBS) in a 75:25 (% w/w) ratio, incorporating two biofillers: β-tricalcium phosphate (TCP) or bone powder (BP). The biocomposites were produced by melt mixing in an internal mixer and subsequently subjected to rheological and thermal characterizations before being used to manufacture 3D-printed scaffolds. The incorporation of biofillers resulted in a small reduction in the viscosity and thermal stability of the blend, indicating possible polymer degradation induced by the addition of these biofillers. Despite this, the 3D printing process demonstrated excellent morphological reproducibility, resulting in scaffolds with adequate structural integrity for bone repair applications. Mechanical tests revealed that the addition of biofillers (10% and 20% w/w) did not significantly enhance mechanical performance and ensured compatibility with natural bone tissue. In vitro cytotoxicity tests, performed with mouse pre-osteoblastic cells (MC3T3-E1), confirmed the biocompatibility of the scaffolds, evidenced by good cell adhesion and the absence of toxic effects. The results indicate that PLA/PBS (75/25) scaffolds with TCP and BP have great potential for applications in bone tissue engineering, as they combine processability, mechanical stability, and bioactivity.
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Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/20.500.14289/23558.https://hdl.handle.net/20.500.14289/23558The increasing demand for bone implants to treat diseases or injuries has driven the search for new approaches capable of providing functional substitutes. These solutions, known as scaffolds, aim to address tissue scarcity and adapt in a personalized manner to the individual needs of each patient. To be effective, these scaffolds must exhibit biocompatibility, controlled bioresorbability, mechanical stability, and the ability to promote cell adhesion, proliferation, and differentiation. Therefore, this study aimed to develop biocomposite scaffolds composed of a blend of poly(lactic acid) (PLA) and poly(butylene succinate) (PBS) in a 75:25 (% w/w) ratio, incorporating two biofillers: β-tricalcium phosphate (TCP) or bone powder (BP). The biocomposites were produced by melt mixing in an internal mixer and subsequently subjected to rheological and thermal characterizations before being used to manufacture 3D-printed scaffolds. The incorporation of biofillers resulted in a small reduction in the viscosity and thermal stability of the blend, indicating possible polymer degradation induced by the addition of these biofillers. Despite this, the 3D printing process demonstrated excellent morphological reproducibility, resulting in scaffolds with adequate structural integrity for bone repair applications. Mechanical tests revealed that the addition of biofillers (10% and 20% w/w) did not significantly enhance mechanical performance and ensured compatibility with natural bone tissue. In vitro cytotoxicity tests, performed with mouse pre-osteoblastic cells (MC3T3-E1), confirmed the biocompatibility of the scaffolds, evidenced by good cell adhesion and the absence of toxic effects. The results indicate that PLA/PBS (75/25) scaffolds with TCP and BP have great potential for applications in bone tissue engineering, as they combine processability, mechanical stability, and bioactivity.O aumento da demanda por implantes ósseos destinados ao tratamento de doenças ou lesões tem impulsionado a busca por novas abordagens capazes de oferecer substitutos funcionais. Essas soluções, scaffolds, visam suprir a escassez de tecidos e adaptar-se de forma personalizada às necessidades individuais de cada paciente. Para que sejam eficazes, esses scaffolds devem apresentar biocompatibilidade, biorreabsorbilidade controlada, estabilidade mecânica e capacidade de promover adesão, proliferação e diferenciação celular. Assim, este estudo teve como objetivo desenvolver scaffolds biocompósitos formados por uma blenda de pol(ácido láctico) (PLA) e poli(butileno succinato) (PBS) na proporção 75/25 (%m/m), incorporada com duas biocargas β-fosfato tricálcico (TCP) ou pó ósseo (BP). Os biocompósitos foram produzidos por meio de mistura no estado fundido em um misturador interno, submetidos a caracterizações reológicas e térmicas e, a seguir, utilizados na fabricação de scaffolds impressos 3D. A incorporação das biocargas resultou em uma pequena redução da viscosidade e da estabilidade térmica da blenda, indicando possível degradação polimérica induzida pela adição dessas biocargas. Apesar disso, o processo de impressão 3D demonstrou excelente reprodutibilidade, resultando em scaffolds com integridade estrutural adequada para aplicações no reparo ósseo. Os ensaios mecânicos mostraram que a adição de biocargas (10 e 20 % m/m) não melhorou significativamente o desempenho mecânico e garantiu propriedades suficientes para compatibilidade com o tecido ósseo natural. Ensaios de citotoxicidade in vitro, realizados com células pré-osteoblásticas de camundongo (MC3T3-E1), confirmaram a biocompatibilidade dos scaffolds, evidenciada pela boa adesão celular e pela ausência de efeitos tóxicos. Os resultados indicam que os scaffolds de PLA/PBS (75/25) com TCP e BP apresentam grande potencial para aplicações na engenharia de tecidos ósseos, unindo processabilidade, estabilidade mecânica e bioatividade.Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)CNPq - Processo: 131018/2022-1porUniversidade 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/openAccessPoly (lactic acid)Poly (butylene succinate)Bone tissue engineeringAdditive manufacturingBiocompositeENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICA::MATERIAIS NAO METALICOS3. Saúde e Bem-EstarPoli (ácido láctico)Poli (butileno succinato)Engenharia de tecidos ósseosManufatura aditivaBiocompósitosDesenvolvimento de biocompósitos PLA/PBS/Biocargas para impressão 3d de scaffolds para engenharia de tecidos ósseosDevelopment of PLA/PBS/Biofillers biocomposites for 3D printing of scaffolding for bone tissue engineeringinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisreponame:Repositório Institucional da UFSCARinstname:Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)instacron:UFSCARORIGINALLuana Caroline Góis Lima - Dissertação.pdfLuana Caroline Góis Lima - Dissertação.pdfapplication/pdf10481096https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/89d73934-a062-42de-ae85-67a753526fe1/download64b20dd17a90e3594f7e812a013200a9MD51trueAnonymousREADCC-LICENSElicense_rdflicense_rdfapplication/rdf+xml; charset=utf-8906https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/2322a413-088b-4763-9c8e-c9dbed455ebc/downloadfba754f0467e45ac3862bc2533fb2736MD52falseAnonymousREADTEXTLuana Caroline Góis Lima - Dissertação.pdf.txtLuana Caroline Góis Lima - Dissertação.pdf.txtExtracted texttext/plain711https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/868cdc37-fe65-4d3d-aeed-ab8412e36530/download8da0fcf78c548165560c1beb21d8831dMD53falseAnonymousREADTHUMBNAILLuana Caroline Góis Lima - Dissertação.pdf.jpgLuana Caroline Góis Lima - Dissertação.pdf.jpgGenerated Thumbnailimage/jpeg4145https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/9401db06-9c7f-4dde-a584-a252c7740a23/download061390d4343b56136fc5eb92400b36cbMD54falseAnonymousREAD20.500.14289/235582026-02-05T03:02:23.293723Zhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilopen.accessoai:repositorio.ufscar.br:20.500.14289/23558https://repositorio.ufscar.brRepositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.ufscar.br/oai/requestrepositorio.sibi@ufscar.bropendoar:43222026-02-05T03:02:23Repositório Institucional da UFSCAR - Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)false
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