Materiais piezoelétricos biodegradáveis para aplicações em engenharia de tecidos

Abstract

O poli(hidroxibutirato-co-hidroxivalerato), PHBV, é um biopolímero biodegradável, biocompatível e piezoelétrico caraterísticas que fazem dele um material interessante para aplicações em engenharia de tecidos. A incorporação de partículas magnéticas, tais como ferrites de cobalto, na sua matriz permite a produção de materiais magnetoelétricos através do acoplamento entre os efeitos piezoelétrico do polímero e magnetostritivo das partículas. Quando utilizado na produção de suportes para engenharia de tecidos, este material possibilita a geração de potenciais elétricos através de solicitações mecânicas e/ou magnéticas, importantes no desenvolvimento de tecidos. Dado que as características morfológicas dos scaffolds para engenharia de tecidos desempenham um papel muito relevante, em função do tipo de célula, os novos materiais compósitos foram processados sob diversas morfologias, incluído microesferas, fibras, filmes e scaffolds 3D. A estrutura e caraterísticas morfológicas das amostras processadas foram analisada por microscopia eletrónica. Realizaram-se análises das propriedades físico-químicas, térmicas e magnéticas dos compósitos em função da morfologia dos mesmos e a presença de nanopartículas magnetostritivas, não se tendo verificado alterações significativas das características do polímero. A aplicabilidade foi também avaliada por medio de testes de citotoxicidade e degradação. O ensaio de citotoxicidade indireta revelou resultados positivos, não se verificando diminuição da viabilidade celular. A degradação foi avaliada pela imersão das amostras em fluido humano simulado à temperatura fisiológica, a perda de massa ao longo do processo foi monitorizada, indicando que as primeiras alterações significativas se verificaram entre as semanas 4 e 6. Deste modo, foi concluído que os novos materiais magnetoelétricos formados a partir de PHBV e ferrites de cobalto, apresentam características apropriadas para serem aplicados em engenhara de tecidos.

Poly(hydroxybutyrate-co-hydroxyvalerate), PHBV, it’s a diodegradeable biopolymer, biocompatible and piezoelectric, properties that make it an interesting material for tissue engineering applications. The incorporation of magnetic particles, like cobalt ferrites, in its matrix allows the production of magnetoelectric materials through coupling of the polymers piezoelectric and the particles magnetostrictive effects. When used to produce tissue engineering supports, this material allows the generation of electric potentials, important in tissue development, through mechanic or magnetic solicitation. Since the morphological characteristics of tissue engineering scaffold’s play an important role, according to the cell line, the new composite materials were processed under several morphologies, including microspheres, fibers, films and 3D scaffolds. The structure and morphological characteristics of the processed samples were assayed through electron microscopy. Analysis of the physicho-chemical, thermal and magnetic properties of the composites were performed according to their morphology and the presence of magnetostrictive nanoparticles, without record of meaningful alteration of polymer properties. Applicability was also evaluated through cytotoxicity and degradation assays. An indirect cytotoxicity assay revealed positive results without notice of a decrease in cell viability. Degradation was evaluated through the sample’s immersion in simulated body fluid at physiological temperature. The mass loss was monitored along the process, indicating that first significant changes were verified between weeks 4 and 6. This way, it was concluded that the new magnetoelectric materials made from PHBV and cobalt ferrites possess suitable properties for tissue engineering applications.