Hidrogel 3D incorporado com biovidro para sistema drug delivery: caracterização e estudo in vitro / 3D Hydrogel Incorporated with bioactive glass and drug delivery system: characterization and In vitro study

Atualmente há diversos tratamentos para a osteoporose, porém a maioria deles pode corroborar com o surgimento de outras complicações sistêmicas, para isso é de suma importância o desenvolvimento de terapias locais, visando diminuir ou eliminar os efeitos colateriais causados por medicamentos de uso oral. O objetivo nesse projeto foi avaliar a influência de hidrogéis, com sistema drug delivery, incorporados com partículas de vidro bioativo funcionalizadas com diferentes medicamentos, na osteogênese in vitro. Partículas de vidro bioativo foram sintetizadas e caracterizadas. Em seguida, foram funcionalizadas com os fármacos raloxifeno e ranelato de estrôncio usando a técnica sonoquímica. Hidrogéis de alginato foram sintetizados e incorporados com as partículas funcionalizadas usando impressão 3D em dimensões específicas. Os hidrogéis foram caracterizados por microscopia eletrônica de varredura, análise de intumescimento e molhabilidade. Em testes in vitro, os hidrogéis foram cortados em medidas menores e usados para culturas de células para avaliar a atividade e diferenciação celular para osteogênese. Células mesenquimais foram isoladas de ratas ovariectomizadas, diferenciadas em osteoblastos e co-cultivadas com os hidrogéis. Viabilidade celular, conteúdo de proteína total, atividade de fosfatase alcalina, morfologia celular e formação de nódulos de mineralização foram analisados em intervalos de tempo definidos. Os dados quantitativos foram submetidos aos testes estatísticos de normalidade Kolmogorov-Smirnov, seguidos pelo teste não paramétrico Kruskal Walis e teste multiplo de Dunn, com nível de significância de 5%. A caracterização morfológica e físico-química evidenciou o sucesso da referida metodologia em confeccionar o novo biomaterial. Nos testes in vitro, todos os grupos de hidrogéis impressos 3D não se mostraram citotóxicos e permitiram a diferenciação celular. A atividade de fosfatase alcalina não apresentou diferença entre os grupos. Por meio da análise da morfologia celular por fluorencência direta foi possível observar que em todos os grupos com excessão ao HBRx as células exibiam morfologia poligonal de forma íntegra, todos os grupos apresentaram células aderidas na superfície dos materiais, sendo que a maior quantidade de células foi observada no grupo hidrogel com vidro bioativo incorporado com ranelato de estrôncio. Na análise da formação de nódulos de mineralização, todos os grupos apresentaram a formação dos nódulos, exceto o grupo HBRx. Os resultados evidenciaram sucesso na produção de todos os novos biomateriais, HP, HB HBRx e HBSr tanto na síntese quanto na impressão 3D, conforme verificado nos testes de MEV, EDS e Raman, enquanto nos testes in vitro os grupos com vidro bioativo, em sua maioria, apresentaram resultados positivos para o uso na engenharia tecidual. De modo geral hidrogéis impresso 3D com vidro bioativo sem fármaco (HB) e incorporado com fármaco ranelato de estrôncio (HBSr) são os biomateriais que se mostraram mais promissores em comparação aos demais grupos. (AU)

Currently, there are several treatments for osteoporosis; however, most of them can lead to the emergence of other systemic complications. Therefore, it is of utmost importance to develop local therapies aiming to reduce or eliminate the side effects caused by orally administered medications. The objective of this project was to evaluate the influence of hydrogels with drug delivery systems incorporated with bioactive glass particles functionalized with different drugs on in vitro osteogenesis. Bioactive glass particles were synthesized and characterized. Subsequently, they were functionalized with the drugs raloxifene and strontium ranelate using sonochemical technique. Alginate hydrogels were synthesized and incorporated with the functionalized particles using 3D printing in specific dimensions. The hydrogels were characterized by scanning electron microscopy, swelling analysis, and wettability assessment. In in vitro tests, the hydrogels were cut into smaller sizes and used for cell cultures to assess cell activity and differentiation for osteogenesis. Mesenchymal cells were isolated from ovariectomized rats, differentiated into osteoblasts, and co-cultured with the hydrogels. Cell viability, total protein content, alkaline phosphatase activity, cellular morphology, and mineralization nodule formation were analyzed at defined time intervals. Quantitative data were subjected to Kolmogorov-Smirnov normality tests, followed by non-parametric Kruskal-Wallis and multiple Dunn tests, with a significance level of 5%. The morphological and physicochemical characterization demonstrated the success of the methodology in fabricating the new biomaterial. In the in vitro tests, all groups of 3D-printed hydrogels were non-cytotoxic and allowed cell differentiation. Alkaline phosphatase activity showed no difference among the groups. Through direct fluorescence-based cellular morphology analysis, it was observed that cells in all groups except HBRx exhibited intact polygonal morphology, with cells adhering to the material surfaces in all groups. The highest quantity of cells was observed in the hydrogel group incorporating bioactive glass with strontium ranelate. In the mineralization nodule formation analysis, all groups showed nodule formation except for the HBRx group. The results demonstrated successful production of all new biomaterials (HP, HB, HBRx, and HBSr) in both synthesis and 3D printing, as verified by SEM, EDS, and Raman tests. Meanwhile, in vitro testing showed that groups with bioactive glass mostly exhibited positive results for tissue engineering purposes. Overall, 3D-printed hydrogels with bioactive glass without drugs (HB) and incorporated with strontium ranelate (HBSr) proved to be the most promising biomaterials compared to the other groups (AU)

Argon plasma application on the surface of titanium implants: osseointegration study / Aplicação de plasma de argônio na superfície de implantes de titânio: estudo de osseointegração

Introduction: The development of new biomaterials with improved properties is a trend in regenerative medicine. The successful healing of implants is related to their osseointegration and the topographic geometry of their surface. Treatment with argon plasma acts on the surface of the implants, bringing several benefits to their osseointegration in the body. Material and Methods: Previously the in vivo study, the topography implants were observed by scanning electron microscopy (SEM). Following the implants were inserted in 14 male rats, and one perforation was made in the right and left tibias for implant placement without the surface treatment (control group), and with the argon plasma surface treatment (experimental group), respectively. The rats were euthanized at 4 weeks, a time in which tibia fragments were submitted for histological and histomorphometric examination, and torque removal test for comparison and analysis of osseointegration. Results: The SEM images showed the argon plasma surface treatment altered the topography. At the end of the study, both greater bone formation and better osseointegration were verified in the experimental group, and a statistically significant difference between the groups was observed. Conclusion: It was concluded that implants with this surface treatment can bring more practicality in the rehabilitation treatment, and more comfort in the patients' postoperative time (AU)

Introdução: O desenvolvimento de novos biomateriais com propriedades aprimoradas é uma tendência na medicina regenerativa. A cicatrização bem-sucedida dos implantes está relacionada à sua osseointegração e à geometria topográfica de sua superfície. O tratamento com plasma de argônio atua na superfície dos implantes, trazendo diversos benefícios para sua osseointegração no corpo. Materiais e Métodos: Antes do estudo in vivo, a topografia dos implantes foi observada por microscopia eletrônica de varredura (MEV). Em seguida, os implantes foram inseridos em 14 ratos machos, e uma perfuração foi feita nas tíbias direita e esquerda para a colocação do implante sem o tratamento de superfície (grupo controle) e com o tratamento de superfície de plasma de argônio (grupo experimental), respectivamente. Os ratos foram sacrificados após 4 semanas, momento em que fragmentos das tíbias foram submetidos a exame histológico e histomorfométrico, além do teste de remoção de torque para comparação e análise da osseointegração. Resultados: As imagens de MEV mostraram que o tratamento de superfície com plasma de argônio alterou a topografia. Ao final do estudo, foi verificada maior formação óssea e melhor osseointegração no grupo experimental, e foi observada diferença estatisticamente significativa entre os grupos. Conclusão: Concluiu-se que os implantes com esse tratamento de superfície podem trazer mais praticidade no tratamento de reabilitação e maior conforto no pós-operatório dos pacientes (AU)