Desenvolvimento de scaffolds celulares vítreos a base de SiOC via digital light processing e avaliação de biocompatibilidade in vitro

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2023
Autor(a) principal: Carnieri, Matheus Versão
Orientador(a): Não Informado pela instituição
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Dissertação
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Curitiba
Brasil
Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica e de Materiais
UTFPR
Programa de Pós-Graduação: Não Informado pela instituição
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
Link de acesso: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/34499
Resumo: The main objective of the present study was the creation and characterization of silicon-based glassy cellular scaffolds (SiOC) using the Additive Manufacturing (AM) technique of Digital Light Processing. Scaffolds are complex and ordered structures that can directly influence the biological and mechanical characteristics of the produced parts. Throughout the project, several crucial factors were investigated to control the morphology and strength of the scaffolds, including the thermal debinding cycle, the rheology of the raw material, geometric modeling of ordered pores, and manufacturing and post-processing parameters. Among the results obtained, it is worth highlighting that the produced scaffolds exhibited a linear shrinkage of approximately 50% and a mass variation of 71.8 ± 1.9%. They also had a 72.69 ± 0.04% porosity and a macropore size of 741.6 ± 39.6 µm. Regarding the structure of the parts, they showed stable and uniform retraction structures, with three-point bending tests providing an average strength of 7.8 ± 1.0 MPa. These values are close to the flexural strengths of spongy bones and feature geometric pore characteristics favorable to cell growth and proliferation. Plasma treatment significantly improved the hydrophilicity of the parts, with the potential for a positive impact on the biological applications of the scaffolds. Regarding biological assays, direct contact tests with hASCs cells confirmed that the produced scaffolds are not cytotoxic. Subsequently, fluorescence microscopy and scanning electron microscopy (SEM) allowed for the evaluation of cell adhesion and proliferation behaviors. Over 14 days of cultivation, there was intense cell proliferation, with cellular cytoskeletons growing, “interweaving,” and distributing themselves, indicating a positive interaction between cells and sample surfaces. Finally, it was observed that hASCs cells cultivated on the scaffolds exhibited desirable characteristics for osteogenic differentiation. These results suggest that the SiOC scaffolds produced provide biocompatible environments conducive to osteogenic differentiation and bone regeneration.
id UTFPR-12_f2f78f7f06b67a99b92f5647046b4ba7
oai_identifier_str oai:repositorio.utfpr.edu.br:1/34499
network_acronym_str UTFPR-12
network_name_str Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT))
repository_id_str
spelling Desenvolvimento de scaffolds celulares vítreos a base de SiOC via digital light processing e avaliação de biocompatibilidade in vitroDevelopment of cellular SiOC bioglass scaffolds via digital light processing and in vitro compatibilityManufatura aditivaMaterial cerâmicoFotopolimerizaçãoViscosidadePorosidadeAdditive manufacturingCeramic materialsPhotopolymerizationViscosityPorosityCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICAEngenharia MecânicaThe main objective of the present study was the creation and characterization of silicon-based glassy cellular scaffolds (SiOC) using the Additive Manufacturing (AM) technique of Digital Light Processing. Scaffolds are complex and ordered structures that can directly influence the biological and mechanical characteristics of the produced parts. Throughout the project, several crucial factors were investigated to control the morphology and strength of the scaffolds, including the thermal debinding cycle, the rheology of the raw material, geometric modeling of ordered pores, and manufacturing and post-processing parameters. Among the results obtained, it is worth highlighting that the produced scaffolds exhibited a linear shrinkage of approximately 50% and a mass variation of 71.8 ± 1.9%. They also had a 72.69 ± 0.04% porosity and a macropore size of 741.6 ± 39.6 µm. Regarding the structure of the parts, they showed stable and uniform retraction structures, with three-point bending tests providing an average strength of 7.8 ± 1.0 MPa. These values are close to the flexural strengths of spongy bones and feature geometric pore characteristics favorable to cell growth and proliferation. Plasma treatment significantly improved the hydrophilicity of the parts, with the potential for a positive impact on the biological applications of the scaffolds. Regarding biological assays, direct contact tests with hASCs cells confirmed that the produced scaffolds are not cytotoxic. Subsequently, fluorescence microscopy and scanning electron microscopy (SEM) allowed for the evaluation of cell adhesion and proliferation behaviors. Over 14 days of cultivation, there was intense cell proliferation, with cellular cytoskeletons growing, “interweaving,” and distributing themselves, indicating a positive interaction between cells and sample surfaces. Finally, it was observed that hASCs cells cultivated on the scaffolds exhibited desirable characteristics for osteogenic differentiation. These results suggest that the SiOC scaffolds produced provide biocompatible environments conducive to osteogenic differentiation and bone regeneration.Conselho Nacional do Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)O objetivo principal do presente estudo consistiu na criação e caracterização de scaffolds celulares vítreos a base de silício (SiOC), através da técnica da Manufatura Aditiva (AM) de Digital Light Processing. Os scaffolds são estruturas ordenadas e complexas que têm o potencial de influenciar as características biológicas e mecânicas das peças produzidas. Durante o projeto, fatores cruciais foram investigados para controlar a morfologia e a resistência dos scaffolds, incluindo o ciclo de debinding térmico, a reologia da matéria-prima, a modelagem geométrica de poros e os parâmetros de manufatura e pós-processamento. Dentre os resultados obtidos, destaca-se que os scaffolds apresentaram uma retração linear de cerca de 50% e uma variação de massa de 71,8 ± 1,9 %, além de possuírem porosidade de 72,69 ± 0,04% e tamanho de macroporos de 741.6 ± 39.6 µm. Em relação a estrutura das peças, as mesmas apresentaramse estáveis e com retração homogênea. Testes de flexão em três pontos revelaram uma resistência média de 7,8 ± 1,0 MPa. Os valores encontrados mostram-se próximos às resistências à flexão de ossos esponjosos, além de apresentarem características geométricas de poros favoráveis ao crescimento e à proliferação celular. O tratamento via plasma melhorou significativamente a hidrofilicidade das peças, com potencial impacto positivo para aplicações biológicas. Sobre os ensaios biológicos, ensaios de contato direto com células hASCs confirmaram que os scaffolds não são citotóxicos. Em sequência, visualizações via microscopia óptica de fluorescência e microscopia eletrônica de varredura possibilitaram a avaliação de comportamentos de adesão e proliferação celular. Ao longo de 14 dias de cultivo, verificou-se uma proliferação intensa de células, com citoesqueletos celulares crescendo e se distribuindo, o que indica uma interação positiva das células com as superfícies das amostras. Por fim, verificou-se que as células hASCs cultivadas nos scaffolds apresentam características desejáveis para a diferenciação osteogênica. Tais resultados sugerem que os scaffolds de SiOC produzidos proporcionam ambientes biocompatíveis propícios para a diferenciação e regeneração óssea.Universidade Tecnológica Federal do ParanáCuritibaBrasilPrograma de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica e de MateriaisUTFPRBerti, Lucas Freitashttps://orcid.org/0000-0002-9720-9040http://lattes.cnpq.br/8514222359362903Bernardelli, Euclides Alexandrehttps://orcid.org/0000-0003-1991-3056http://lattes.cnpq.br/1401813353998748Rambo, Carlos Renatohttps://orcid.org/0000-0001-5192-7277http://lattes.cnpq.br/3603011798628583Berti, Lucas Freitashttps://orcid.org/0000-0002-9720-9040http://lattes.cnpq.br/8514222359362903Mafra, Márciohttp://orcid.org/0000-0002-5866-6863http://lattes.cnpq.br/1904416043413655Carnieri, Matheus Versão2024-08-16T19:33:08Z2024-08-16T19:33:08Z2023-08-23info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfCARNIERI, Matheus Versao. Desenvolvimento de scaffolds celulares vítreos a base de SiOC via digital light processing e avaliação de biocompatibilidade in vitro. 2024. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica e de Materiais) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2023.http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/34499porhttp://creativecommons.org/licenses/by/4.0/info:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT))instname:Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR)instacron:UTFPR2024-08-17T06:09:28Zoai:repositorio.utfpr.edu.br:1/34499Repositório InstitucionalPUBhttp://repositorio.utfpr.edu.br:8080/oai/requestriut@utfpr.edu.br || sibi@utfpr.edu.bropendoar:2024-08-17T06:09:28Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT)) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR)false
dc.title.none.fl_str_mv Desenvolvimento de scaffolds celulares vítreos a base de SiOC via digital light processing e avaliação de biocompatibilidade in vitro
Development of cellular SiOC bioglass scaffolds via digital light processing and in vitro compatibility
title Desenvolvimento de scaffolds celulares vítreos a base de SiOC via digital light processing e avaliação de biocompatibilidade in vitro
spellingShingle Desenvolvimento de scaffolds celulares vítreos a base de SiOC via digital light processing e avaliação de biocompatibilidade in vitro
Carnieri, Matheus Versão
Manufatura aditiva
Material cerâmico
Fotopolimerização
Viscosidade
Porosidade
Additive manufacturing
Ceramic materials
Photopolymerization
Viscosity
Porosity
CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA
Engenharia Mecânica
title_short Desenvolvimento de scaffolds celulares vítreos a base de SiOC via digital light processing e avaliação de biocompatibilidade in vitro
title_full Desenvolvimento de scaffolds celulares vítreos a base de SiOC via digital light processing e avaliação de biocompatibilidade in vitro
title_fullStr Desenvolvimento de scaffolds celulares vítreos a base de SiOC via digital light processing e avaliação de biocompatibilidade in vitro
title_full_unstemmed Desenvolvimento de scaffolds celulares vítreos a base de SiOC via digital light processing e avaliação de biocompatibilidade in vitro
title_sort Desenvolvimento de scaffolds celulares vítreos a base de SiOC via digital light processing e avaliação de biocompatibilidade in vitro
author Carnieri, Matheus Versão
author_facet Carnieri, Matheus Versão
author_role author
dc.contributor.none.fl_str_mv Berti, Lucas Freitas
https://orcid.org/0000-0002-9720-9040
http://lattes.cnpq.br/8514222359362903
Bernardelli, Euclides Alexandre
https://orcid.org/0000-0003-1991-3056
http://lattes.cnpq.br/1401813353998748
Rambo, Carlos Renato
https://orcid.org/0000-0001-5192-7277
http://lattes.cnpq.br/3603011798628583
Berti, Lucas Freitas
https://orcid.org/0000-0002-9720-9040
http://lattes.cnpq.br/8514222359362903
Mafra, Márcio
http://orcid.org/0000-0002-5866-6863
http://lattes.cnpq.br/1904416043413655
dc.contributor.author.fl_str_mv Carnieri, Matheus Versão
dc.subject.por.fl_str_mv Manufatura aditiva
Material cerâmico
Fotopolimerização
Viscosidade
Porosidade
Additive manufacturing
Ceramic materials
Photopolymerization
Viscosity
Porosity
CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA
Engenharia Mecânica
topic Manufatura aditiva
Material cerâmico
Fotopolimerização
Viscosidade
Porosidade
Additive manufacturing
Ceramic materials
Photopolymerization
Viscosity
Porosity
CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA
Engenharia Mecânica
description The main objective of the present study was the creation and characterization of silicon-based glassy cellular scaffolds (SiOC) using the Additive Manufacturing (AM) technique of Digital Light Processing. Scaffolds are complex and ordered structures that can directly influence the biological and mechanical characteristics of the produced parts. Throughout the project, several crucial factors were investigated to control the morphology and strength of the scaffolds, including the thermal debinding cycle, the rheology of the raw material, geometric modeling of ordered pores, and manufacturing and post-processing parameters. Among the results obtained, it is worth highlighting that the produced scaffolds exhibited a linear shrinkage of approximately 50% and a mass variation of 71.8 ± 1.9%. They also had a 72.69 ± 0.04% porosity and a macropore size of 741.6 ± 39.6 µm. Regarding the structure of the parts, they showed stable and uniform retraction structures, with three-point bending tests providing an average strength of 7.8 ± 1.0 MPa. These values are close to the flexural strengths of spongy bones and feature geometric pore characteristics favorable to cell growth and proliferation. Plasma treatment significantly improved the hydrophilicity of the parts, with the potential for a positive impact on the biological applications of the scaffolds. Regarding biological assays, direct contact tests with hASCs cells confirmed that the produced scaffolds are not cytotoxic. Subsequently, fluorescence microscopy and scanning electron microscopy (SEM) allowed for the evaluation of cell adhesion and proliferation behaviors. Over 14 days of cultivation, there was intense cell proliferation, with cellular cytoskeletons growing, “interweaving,” and distributing themselves, indicating a positive interaction between cells and sample surfaces. Finally, it was observed that hASCs cells cultivated on the scaffolds exhibited desirable characteristics for osteogenic differentiation. These results suggest that the SiOC scaffolds produced provide biocompatible environments conducive to osteogenic differentiation and bone regeneration.
publishDate 2023
dc.date.none.fl_str_mv 2023-08-23
2024-08-16T19:33:08Z
2024-08-16T19:33:08Z
dc.type.status.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/publishedVersion
dc.type.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/masterThesis
format masterThesis
status_str publishedVersion
dc.identifier.uri.fl_str_mv CARNIERI, Matheus Versao. Desenvolvimento de scaffolds celulares vítreos a base de SiOC via digital light processing e avaliação de biocompatibilidade in vitro. 2024. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica e de Materiais) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2023.
http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/34499
identifier_str_mv CARNIERI, Matheus Versao. Desenvolvimento de scaffolds celulares vítreos a base de SiOC via digital light processing e avaliação de biocompatibilidade in vitro. 2024. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica e de Materiais) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2023.
url http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/34499
dc.language.iso.fl_str_mv por
language por
dc.rights.driver.fl_str_mv http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
info:eu-repo/semantics/openAccess
rights_invalid_str_mv http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
eu_rights_str_mv openAccess
dc.format.none.fl_str_mv application/pdf
dc.publisher.none.fl_str_mv Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Curitiba
Brasil
Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica e de Materiais
UTFPR
publisher.none.fl_str_mv Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Curitiba
Brasil
Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica e de Materiais
UTFPR
dc.source.none.fl_str_mv reponame:Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT))
instname:Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR)
instacron:UTFPR
instname_str Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR)
instacron_str UTFPR
institution UTFPR
reponame_str Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT))
collection Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT))
repository.name.fl_str_mv Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT)) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR)
repository.mail.fl_str_mv riut@utfpr.edu.br || sibi@utfpr.edu.br
_version_ 1850498238610669568