Estudo in vivo do comportamento de bioprótese liofilizada: seguimento de 3 meses em carneiros jovens / In vivo study of lyophilized bioprostheses: 3 month follow-up in young sheep

OBJETIVO: Para melhorar as propriedades mecânicas e imunogênicas, o glutaraldeído é utilizado no tratamento do pericárdio bovino que é utilizado em biopróteses. A liofilização do pericárdio bovino tratado com glutaraldeído diminui os radicais aldeído, com provável redução do potencial para calcificação. O objetivo deste estudo é avaliar os efeitos da liofilização em biopróteses valvares de pericárdio bovino como mecanismo protetor na diminuição da disfunção estrutural valvar. MÉTODOS: Foi realizado o implante de biopróteses de pericárdio bovino tratado com glutaraldeído, liofilizadas ou não, em carneiros de 6 meses de idade, sendo os animais eutanasiados com 3 meses de seguimento. As biopróteses foram implantadas em posição pulmonar, com auxílio de circulação extracorpórea. Um grupo controle e outro grupo liofilizado foram avaliados quanto ao gradiente ventrículo direito/artéria pulmonar (VD/AP) no implante e explante; análise quantitativa de cálcio; inflamação; trombose e pannus. O nível de significância estabelecido foi de 5%. RESULTADOS: O gradiente médio VD/AP, no grupo controle, no implante, foi 2,04 ± 1,56 mmHg e, no grupo de liofilização, foi 6,61 ± 4,03 mmHg. No explante, esse gradiente aumentou para 7,71 ± 3,92 mmHg e 8,24 ± 6,2 mmHg, respectivamente, nos grupos controle e liofilização. O teor de cálcio médio, após 3 meses, nas biopróteses do grupo controle foi 21,6 ± 39,12 µg Ca+2/mg de peso seco, em comparação com um teor médio de 41,19 ± 46,85 µg Ca+2/mg de peso seco no grupo liofilizado (P = 0,662). CONCLUSÃO: A liofilização de próteses valvares com pericárdio bovino tratado com glutaraldeído não demonstrou diminuição da calcificação neste experimento.

OBJECTIVE: Glutaraldehyde is currently used in bovine pericardium bioprosthesis to improve mechanical and immunogenic properties. Lyophilization is a process that may decrease aldehyde residues in the glutaraldehyde treated pericardium decreasing cytotoxicity and enhancing resistance to calcification. The aim of this study is to evaluate bioprosthetic heart valves calcification in adolescent sheep and to study the potential of lyophilization as a mechanism to protect calcification. METHODS: Two groups were evaluated: a control group in which a bovine pericardium prosthetic valve was implanted in pulmonary position and a lyophilized group in which the bovine pericardium prosthetic valve was lyophilized and further implanted. Sixteen sheeps 6 months old were submitted to the operation procedure. After 3 months the sheeps were euthanized under full anesthesia. RESULTS: Six animals of the control group reached 95.16 ± 3.55 days and six animals in the lyophilized group reached 91.66 ± 0.81 days of postoperative evolution. Two animals had endocarditis. Right ventricle/pulmonary artery (RV/PA) mean gradient, in the control group, at the implantation was 2.04 ± 1.56 mmHg, in the lyophilization group, the RV/PA mean gradient, at the implantation was 6.61 ± 4.03 mmHg. At the explantation it increased to 7.71 ± 3.92 mmHg and 8.24 ± 6.25 mmHg, respectively, in control and lyophilization group. The average calcium content, after 3 months, in the control group was 21.6 ± 39.12 µg Ca+2/mg dry weight, compared with an average content of 41.19 ± 46.85 µg Ca+2/mg dry weight in the lyophilization group (P=0.662). CONCLUSION: Freeze drying of the bovine pericardium prosthesis in the pulmonary position could not demonstrate calcification mitigation over a 3 month period although decreased inflammatory infiltration over the tissue.

In vivo study of lyophilized bioprostheses: 3 month follow-up in young sheep.

OBJECTIVE: Glutaraldehyde is currently used in bovine pericardium bioprosthesis to improve mechanical and immunogenic properties. Lyophilization is a process that may decrease aldehyde residues in the glutaraldehyde treated pericardium decreasing cytotoxicity and enhancing resistance to calcification. The aim of this study is to evaluate bioprosthetic heart valves calcification in adolescent sheep and to study the potential of lyophilization as a mechanism to protect calcification. METHODS: Two groups were evaluated: a control group in which a bovine pericardium prosthetic valve was implanted in pulmonary position and a lyophilized group in which the bovine pericardium prosthetic valve was lyophilized and further implanted. Sixteen sheep 6 months old were submitted to the operation procedure. After 3 months the sheep were euthanized under full anesthesia. RESULTS: Six animals of the control group reached 95.16 ± 3.55 days and six animals in the lyophilized group reached 91.66 ± 0.81 days of postoperative evolution. Two animals had endocarditis. Right ventricle/pulmonary artery (RV/PA) mean gradient, in the control group, at the implantation was 2.04 ± 1.56 mmHg, in the lyophilization group, the RV/PA mean gradient, at the implantation was 6.61 ± 4.03 mmHg. At the explantation it increased to 7.71 ± 3.92 mmHg and 8.24 ± 6.25 mmHg, respectively, in control and lyophilization group. The average calcium content, after 3 months, in the control group was 21.6 ± 39.12 µg Ca+2/mg dry weight, compared with an average content of 41.19 ± 46.85 µg Ca+2/mg dry weight in the lyophilization group (P=0.662). CONCLUSION: Freeze drying of the bovine pericardium prosthesis in the pulmonary position could not demonstrate calcification mitigation over a 3 month period although decreased inflammatory infiltration over the tissue.

Freeze-drying microscopy in mathematical modeling of a biomaterial freeze-drying

Transplantation brings hope for many patients. A multidisciplinary approach on this field aims at creating biologically functional tissues to be used as implants and prostheses. The freeze-drying process allows the fundamental properties of these materials to be preserved, making future manipulation and storage easier. Optimizing a freeze-drying cycle is of great importance since it aims at reducing process costs while increasing product quality of this time-and-energy-consuming process. Mathematical modeling comes as a tool to help a better understanding of the process variables behavior and consequently it helps optimization studies. Freeze-drying microscopy is a technique usually applied to determine critical temperatures of liquid formulations. It has been used in this work to determine the sublimation rates of a biological tissue freeze-drying. The sublimation rates were measured from the speed of the moving interface between the dried and the frozen layer under 21.33, 42.66 and 63.99 Pa. The studied variables were used in a theoretical model to simulate various temperature profiles of the freeze-drying process. Good agreement between the experimental and the simulated results was found.

A prática da transplantação traz esperança para muitos pacientes. Uma visão multidisciplinar nessa área visa à produção de tecidos biológicos para serem utilizados como implantes e próteses. A liofilização é um processo de secagem que preserva características essenciais desses materiais, facilitando sua manipulação e armazenamento. A liofilização é um processo que requer muito tempo e energia e sua otimização é muito importante, pois permite reduzir custos de processo melhorando a qualidade do produto. A modelagem matemática é uma ferramenta que permite descrever o comportamento do produto durante o processo e, consequentemente, auxilia os estudos de otimização. Microscopia óptica acoplada à liofilização, uma técnica usualmente aplicada na determinação de temperaturas críticas de formulações líquidas, foi utilizada neste trabalho na determinação de taxas de sublimação da liofilização de um tecido biológico. As taxas de sublimação foram calculadas a partir da velocidade da interface entre a camada seca e congelada, sob pressões de 21,33, 42,66 e 63,99 Pa. As variáveis estudadas foram usadas em um modelo matemático teórico, que simula os perfis de temperatura do produto durante o ciclo de liofilização. Os resultados apresentados demonstraram boa relação entre os dados experimentais e simulados.

The influence of freezing rates on bovine pericardium tissue Freeze-drying

The bovine pericardium has been used as biomaterial in developing bioprostheses. Freeze-drying is a drying process that could be used for heart valve's preservation. The maintenance of the characteristics of the biomaterial is important for a good heart valve performance. This paper describes the initial step in the development of a bovine pericardium tissue freeze-drying to be used in heart valves. Freeze-drying involves three steps: freezing, primary drying and secondary drying. The freezing step influences the ice crystal size and, consequently, the primary and secondary drying stages. The aim of this work was to investigate the influence of freezing rates on the bovine pericardium tissue freeze-drying parameters. The glass transition temperature and the structural behaviour of the lyophilized tissues were determined as also primary and secondary drying time. The slow freezing with thermal treatment presented better results than the other freeze-drying protocols.

O pericárdio bovino é um material utilizado na fabricação de biopróteses. A liofilização é um método de secagem que vem sendo estudado para a conservação de válvulas cardíacas. A preservação das características do biomaterial é de fundamental importância no bom funcionamento das válvulas. Este artigo é a primeira etapa do desenvolvimento do ciclo de liofilização do pericárdio bovino. Liofilização é o processo de secagem no qual a água é removida do material congelado por sublimação e desorção da água incongelável, sob pressão reduzida. O congelamento influencia o tamanho do cristal de gelo e, consequentemente, a secagem primária e secundária. O objetivo deste estudo foi verificar a influência das taxas de congelamento nos parâmetros de liofilização do pericárdio bovino. Determinou-se a temperatura de transição vítrea e o comportamento estrutural do pericárdio bovino liofilizado. Determinou-se o tempo da secagem primária e secundária. O protocolo de liofilização utilizando-se congelamento lento com annealing apresentou os melhores resultados.

Bio-synthesis and hydrolysis of ethyl phenylacetate and ethyl 2-phenylpropionate in organic solvent by lyophilized mycelia

To select the best biocatalysts for ethanol acylations with phenylacetic and 2-phenylpropionic acids, lyophilized mycelia of Aspergillus oryzae CBS 10207, A. oryzae MIM, Rhizopus oryzae CBS 11207, R. oryzae CBS 39134, R. oryzae CBS 26028 and R. oryzae CBS 32847 were tested in this study. The carboxylesterase activities of A. oryzae MIM and R. oryzae 11207, which revealed to be the best biocatalysts, were investigated either in 0.1 M phosphate buffer or in n-heptane to catalyze the hydrolysis or the synthesis of ethyl esters of these acids, respectively. A. oryzae proved more effective than R. oryzae, probably due to more favorable microenvironment conditions and thermodynamic scenario. The results in terms of product formation and substrate consumption versus time were used to estimate the maximum conversion yields, the equilibrium constants and the times needed to reach half maximum conversion, thus providing sufficient information about these equilibria.

Micélios liofilizados de Aspergillus oryzae CBS 10207, A. oryzae MIM, Rhizopus oryzae CBS 11207, R. oryzae CBS 39134, R. oryzae CBS 26028 e R. oryzae CBS 32847 foram testados neste estudo com vista à seleção do melhor biocatalisador para efetuar a acilação de etanol com ácidos fenilacético e 2-fenilpropiônico. As atividades carboxilesterásicas de A. oryzae MIM e R. oryzae 11207, que resultaram ser os melhores biocatalisadores, foram investigadas tanto em tampão fosfato 0,1 M como em n-heptano para catalisar a hidrólise ou a síntese dos ésteres etílicos destes ácidos. A. oryzae pareceu ser mais eficaz que R. oryzae, provavelmente devido a condições micro-ambientais e a um cenário termodinâmico mais favoráveis. Os resultados obtidos em termos de formação do produto e consumo dos substratos em função do tempo foram usados para a estimativa dos rendimentos de conversão máximos, as constantes de equilíbrio e os tempos necessários para alcançar metade da conversão máxima, fornecendo desta forma suficientes informações sobre esses equilíbrios.

Synthesis and physicochemical characterization of chemically modified chitosan by succinic anhydride

The N-succinil-chitosan is a chemically modified derivative of the biopolymer chitosan. The succinic anhydride attached to the free amino groups presented along the chitosan's polymer chain imparts to the molecule different physicochemical properties not exhibited before the modification. These chemical modifications enhance chitosan's solubility in slightly acid, neutral and alkaline media. These properties are related to the long alkyl chains attached to hydrophilic parts. In this case the hydrophilic part of D-glucosamine promotes stronger interactions with the water molecules, and consequently, enhances the solubility of the chitosan polymer. Non-modified free chitosan is soluble only in acidic medium (pH < 5.5). These modifications made possible new applications of chitosan in biotechnological area since the solubility in neutral or slightly alkaline solutions is very important in a biological field.

A N-succinil-quitosana é um derivado quimicamente modificado do biopolímero quitosana. A inserção de substituintes de anidrido succínico nas aminas protonadas presentes ao longo da cadeia do polímero quitosana, conferem diferentes características físico-químicas a molécula de quitosana. Esta modificação química, possibilitou à quitosana, solubilidade em pHs que variam do ácido (2.0 a 3.0) até alcalino (13.0 a 14.0). Estas propriedades são atribuídas ao alongamento da cadeia alquílica, que afasta a parte hidrofílica da cadeia fechada da D-glicosamina, facilitando o acesso da água, a qual irá estabelecer uma interação mais forte com a molécula de quitosana. Esta propriedade não está presente em amostras de quitosana pura, a qual sabe-se que solubiliza-se apenas em pH abaixo de 5.5. Estas modificações na quitosana possibilitam novas aplicações na área de biotecnologia, uma vez que a solubilidade em meio neutro e levemente alcalino é importante na área biológica.

Influência da taxa de congelamento no comportamento físico-químico e estrutural durante a liofilização da albumina bovina / Influence of cooling rate on the structural and phase changes during lyophilization of bovine serum albumin

A liofilização é o método mais comumente utilizado para a preparação de proteínas desidratadas, as quais devem apresentar estabilidade adequada por longo período de armazenagem em temperaturas ambientes. Entretanto, estudos recentes com espectroscopia no infravermelho têm documentado que os problemas relacionados com o congelamento e a desidratação induzidos pela liofilização podem levar ao desdobramento molecular da proteína. Através de análises por espectroscopia Raman, associadas com análise térmica por calorimetria exploratória diferencial (DSC), estudou-se a influência da taxa de congelamento no comportamento físico-químico e estrutural da albumina sérica bovina submetida ao processo de liofilização. Observou-se que a albumina liofilizada com taxa de congelamento de 2,5 °C/min apresentou maior alteração estrutural quando comparada à albumina liofilizada com taxa de congelamento de 30 °C/min, a qual apresentou menores oscilações espectrais nas regiões da amida I, III e pontes de dissulfeto, favorecendo a manutenção da conformação estrutural da proteína.