Materiais biocompatíveis obtidos a partir de nanocristais de celulose e hidroxiapatita com potencial aplicação em engenharia de tecido ósseo

Abstract

RESUMO: Nanocristais de celulose provenientes de resíduos agroindustriais e sua modificação química vem sendo explorados na obtenção de materiais com características inovadoras. Devido as suas propriedades mecânicas, uma das quais a resistência à tração, e as suas características após a modificação química, tais como propriedades hidrofóbicas/hidrofílicas e a formação de cargas na superfície, esses materiais podem ser utilizadas em diferentes aplicações, como, por exemplo, na síntese de biomateriais. Biomateriais que auxiliam na regeneração óssea têm se tornado um campo intrigante entre pesquisadores, uma vez que diversos implantes utilizados em transplantes ósseos ocasionam rejeição no organismo. A hidroxiapatita (HAp), um dos principais componentes do tecido ósseo possui baixa propriedade mecânica, como tensão e tração, sendo inviável sua utilização desta sozinha. Dessa forma, a utilização de materiais com melhores propriedades mecânicas juntamente com a HAp podem ter grande potencial para utilização em regeneração óssea. No presente trabalho foram desenvolvidos materiais a partir de nanocristais de celulose, obtidos de bagaço de cana de-açúcar puro e modificados e nanopartículas de hidroxiapatita para possível utilização em preenchimento ósseo. Os nanocristais de celulose provenientes do bagaço de cana-de-açúcar foram obtidos pelo método de hidrólise com ácido clorídrico (HCl), ácido sulfúrico (H2SO4) ou ácido fosfórico (H3PO4), denominados CN(HCl), CN(H2SO4) e CN(H3PO4) respectivamente. Os nanocristais possuem tamanho e formato bem definidos apresentando em suas superfícies cargas negativas como sulfato (SO42-) e fosfato (PO43-). Posteriormente foram realizadas modificações nos nanocristais, gerando grupos carboxilatos (CN(HCl) ASC) e aminas (CN(HCl)ASAE). Após os materiais CN(HCl), CN(H2SO4), CN(H3PO4), CN(HCl) ASC e CN(HCl)ASAE foram submetidos a solução de CaCl2 por 3 dias e em fluido corporal simulado saturado (1,5 SBF) por 14 e 28 dias para a síntese de HAp pelo método biomimético in situ, formando biomateriais. A porcentagem mássica de HAp obtidas em cada biomaterial foi determinada por TGA. HAp também foi sintetizada pelo método de precipitação via úmida, onde foram obtidos biocompósitos a partir dos mesmos materiais contendo 5, 10 e 30% de HAp sintética. Os biomateriais obtidos pelo método biomimético in situ por 14 dias e o biocompósitos CN(HCl)-30% HAp, CN(H2SO4)-30% HAp, CN(H3PO4)-30% HAp, foram avaliados frente a fibroblastos pelo método colorimétrico utilizando o corante 3(4,5-dimetiltiazol-2-il)2,5 difeniltetrazólio (MTT). Os resultados obtidos demostraram que os todos os biomateriais e biocompósitos sintetizados no presente trabalho possuem baixa ou nenhuma citotoxidade, sendo que várias concentrações os biomateriais atingiram viabilidade maior que 100%. Dessa forma é possível inferir que os mesmo são biocompatíveis e possuem capacidade de serem utilizados como futuros "scaffolds" em regeneração óssea

ABSTRACT: Cellulose nanocrystals from industrial wastes and their chemical modification has been explored in obtaining materials with innovative features. Due to its mechanical properties, of which the tensile strength, and their characteristics after chemical modification, such as hydrophobic / hydrophilic properties and the formation of charges on the surface, these materials can be used in different applications, such as in biomaterials synthesis. Biomaterials having bone regeneration capacity have become an intriguing field of research, since various implants used for bone transplant rejection cause in the organism. Hydroxyapatite (HAp), a major component of bone tissue has low mechanical properties, and their use impractical. Thus, the use of materials with better mechanical properties along with HAp may have great potential for use in bone regeneration. In this work were developed materials from cellulose nanocrystals obtained from sugarcane bagasse from sugar, modified hydroxyapatite nanoparticles for possible use in bone filling. The nanocrystals pulp from the sugar cane bagasse were obtained by hydrolysis method with hydrochloric acid (HCl), sulfuric acid (H2SO4) or phosphoric acid (H3PO4), called CN(HCl), CN(H2SO4) and CN(H3PO4) respectively. The nanocrystals have well-defined size and shape presenting in their negative charges surfaces such as sulfate (SO42-) and phosphate (PO43-). Later modifications were made in the nanocrystals, resulting carboxylate groups (CN(HCl)ASC) and amines (CN(HCl)ASAE). After CN(HCl) material, CN(H2SO4), CN(H3PO4), CN(HCl) ASC and CN(HCl)ASAE were subjected to CaCl2 solution for 3 days and saturated simulated body fluid (1,5 SBF) for 14 and 28 days for the biomimetic synthesis of HAp in situ forming biomaterials. The mass percentage obtained in each biomaterial HAp was determined by TGA. HAp was also synthesized by the wet precipitation method where biocomposites were obtained from the same materials containing 5, 10 and 30% synthetic HAp. The biomaterials obtained by biomimetic method in situ for 14 days and the biocomposites CN(HCl)-30% HAp, CN (H2SO4)-30% HAp, CN(H3PO4)-30% HAp, were tested against fibroblasts by the method using the colorimetric dye 3-(4,5-dimethylthiazol-2-yl) 2,5 diphenyl tetrazolium bromide (MTT). The results have shown that all synthesized biomaterials and biocomposites of this work have low or no cytotoxicity, and various concentrations reached biomaterials viability was greater than 100%. Thus it can be inferred that the same are biocompatible and have ability to be used as future "scaffolds" in bone regeneration