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Orientador(es)
Resumo(s)
Periodontal disease is one of the most common oral diseases involving destruction of the tooth supporting apparatus and is responsible for the decay and loss of the periodontal structures in adults.
Guided Tissue Regeneration (GTR) has recently gained recognition in the attempt to restore the lost
periodontal tissues, promoting tissue integration, including the formation of new periodontal ligament
functionally oriented to the newly formed cementum and alveolar bone.
Recently, major advancements have been done in the development of membrane systems for
the guided tissue regeneration (GTR) technique using innovative materials and processing
techniques. However, most of them still do not fulfill all the physicochemical, biological and mechanical
requirements, limiting their clinical application. Silk Fibroin (SF) has been recently recognized as a
high potential material for several biomedical applications, including tissue regeneration. Taking into
account that it is a structural protein, already spun by insects in nature, SF emerges as a prospective
material to be processed by electrospinning, aiming at periodontal treatment. The basic principle
behind this technique is the application of a high voltage over a polymeric solution suspended from a
needle generating polymer nanofibers that will deposit under the form of a nonwoven mat. Amongst
the most important parameters to achieve optimal processing conditions and fiber quality is the
viscosity of the starting solution.
This study investigates the possibility of combining a sonication treatment prior to
electrospinning as a strategy to physically enhance the rheological properties of SF/poly (ethylene
oxide) (PEO) solutions of different concentrations (10 %, 20 % and 30 % PEO (w/v)), and therefore to
improve the spinability of the system.
The influence of sonication time (0, 7.5, 15, and 20 minutes) on the solution properties was
studied. The rheological tests indicated that sonication improved the viscosity of SF/PEO solutions.
The electrospun SF/PEO membranes from the sonicated solutions demonstrated higher fiber diameter
and improved mechanical properties in dry and wet conditions.
Infrared spectroscopy, demonstrated that, although the SF membranes had undergone some
conformational transitions with the increasing of sonication time, their structure was mainly composed
by amorphous conformation. Permeability assays were also used as a complementary test, showing
that the water vapor transmission range is high allowing for the diffusion of the nutrients while acting as
a cell barrier. Finally, preliminary in vitro cell culture assays using primary cells from the periodontal
ligament (PDLs) indicated that the developed membranes supported cell adhesion and proliferation
indicating good cell viability as revealed by the DNA results. The present developed work constitutes a
step forward towards the processing of viable electrospun SF-based membranes for periodontal
regeneration since it demonstrates that it is possible to tune the viscosity of SF solutions to achieve
optimal processing conditions using a simple sonication step prior to the electrospinning process,
minimizing the amount of synthetic polymer to be used.
A periodontite é uma das patologias orais mais comuns, que envolve a destruição da estrutura de suporte do dente, sendo responsável pela degradação e perda das estruturas periodontais. A Regeneração Guiada de Tecidos (RGT) tem vindo a ganhar reconhecimento na tentativa de restaurar o tecido periodontal perdido e promovendo a integração tecidular, incluindo a formação de novo ligamento periodontal funcionalmente orientado para o cimento e o osso alveolar. Recentemente, grandes avanços têm vindo a ser feitos na área da RGT, usando materiais e técnicas de processamento inovadoras. No entanto, na maioria das vezes, os requisitos físico químicos, biológicos e mecânicos não são totalmente cumpridos, o que limita a sua aplicação clínica. A fibroína de seda (SF) foi recentemente reconhecida como um material de elevado potencial para várias aplicações biomédicas, incluindo a regeneração de tecidos. Tendo em conta de que se trata de uma proteína estrutural, naturalmente fiada por insectos, a SF surge assim como um material ideal a ser processado por tecnologia de electrospinning, visando o tratamento periodontal. O princípio básico por detrás desta técnica é a aplicação de uma alta tensão sobre uma solução polimérica que é expelida a partir de uma agulha formando nanofibras que se irão depositar sob a forma de uma matriz polimérica. Um dos parâmetros mais importantes para atingir as condições ótimas de processamento e a qualidade da fibra é a viscosidade da solução. Assim, com este estudo procurou-se investigar a possibilidade de utilizar um tratamento de ultra-sonicação antes do electrospinning como estratégia para melhorar fisicamente as propriedades reológicas de soluções de SF/óxido de polietileno (PEO) a diferentes concentrações (10 %, 20 % e 30 % de PEO (w/v)), para melhorar a processabilidade das nanofibras. A influência do tempo de sonicação (0, 7,5, 15 e 20 minutos) nas propriedades da solução foi estudado. Os ensaios reológicos demonstraram que o tratamento de ultra-sonicação melhorou a viscosidade das soluções SF/PEO. As membranas produzidas apresentaram maior diâmetro de fibra após sonicação e propriedades mecânicas melhoradas em condições secas e húmidas. Por espectroscopia de infravermelho demonstrou-se que, embora as membranas SF tivessem sofrido algumas transições conformacionais com o aumento do tempo de sonicação, no sentido da formação de estruturas em folha beta, a sua estrutura é maioritariamente composta por conformação amorfa. Adicionalmente foram realizados ensaios de permeabilidade, que demostraram que a taxa de transmissão de vapor de água é elevada, permitindo a difusão dos nutrientes enquanto atua como uma barreira celular. Finalmente, ensaios preliminares de cultura de células in vitro utilizando células primárias do ligamento periodontal (PDLs) indicam que as membranas desenvolvidas suportaram a adesão celular e a proliferação indicando boa viabilidade celular como revelado pelos resultados de ADN. O presente trabalho constitui um progresso para o processamento de membranas de SF spinnadas viáveis para a regeneração periodontal, uma vez que demonstra que é possível ajustar a viscosidade das soluções de SF para obter condições de processamento óptimas utilizando um simples passo de sonicação antes do processo electrospinning , minimizando a quantidade de polímero sintético a ser utilizado.
A periodontite é uma das patologias orais mais comuns, que envolve a destruição da estrutura de suporte do dente, sendo responsável pela degradação e perda das estruturas periodontais. A Regeneração Guiada de Tecidos (RGT) tem vindo a ganhar reconhecimento na tentativa de restaurar o tecido periodontal perdido e promovendo a integração tecidular, incluindo a formação de novo ligamento periodontal funcionalmente orientado para o cimento e o osso alveolar. Recentemente, grandes avanços têm vindo a ser feitos na área da RGT, usando materiais e técnicas de processamento inovadoras. No entanto, na maioria das vezes, os requisitos físico químicos, biológicos e mecânicos não são totalmente cumpridos, o que limita a sua aplicação clínica. A fibroína de seda (SF) foi recentemente reconhecida como um material de elevado potencial para várias aplicações biomédicas, incluindo a regeneração de tecidos. Tendo em conta de que se trata de uma proteína estrutural, naturalmente fiada por insectos, a SF surge assim como um material ideal a ser processado por tecnologia de electrospinning, visando o tratamento periodontal. O princípio básico por detrás desta técnica é a aplicação de uma alta tensão sobre uma solução polimérica que é expelida a partir de uma agulha formando nanofibras que se irão depositar sob a forma de uma matriz polimérica. Um dos parâmetros mais importantes para atingir as condições ótimas de processamento e a qualidade da fibra é a viscosidade da solução. Assim, com este estudo procurou-se investigar a possibilidade de utilizar um tratamento de ultra-sonicação antes do electrospinning como estratégia para melhorar fisicamente as propriedades reológicas de soluções de SF/óxido de polietileno (PEO) a diferentes concentrações (10 %, 20 % e 30 % de PEO (w/v)), para melhorar a processabilidade das nanofibras. A influência do tempo de sonicação (0, 7,5, 15 e 20 minutos) nas propriedades da solução foi estudado. Os ensaios reológicos demonstraram que o tratamento de ultra-sonicação melhorou a viscosidade das soluções SF/PEO. As membranas produzidas apresentaram maior diâmetro de fibra após sonicação e propriedades mecânicas melhoradas em condições secas e húmidas. Por espectroscopia de infravermelho demonstrou-se que, embora as membranas SF tivessem sofrido algumas transições conformacionais com o aumento do tempo de sonicação, no sentido da formação de estruturas em folha beta, a sua estrutura é maioritariamente composta por conformação amorfa. Adicionalmente foram realizados ensaios de permeabilidade, que demostraram que a taxa de transmissão de vapor de água é elevada, permitindo a difusão dos nutrientes enquanto atua como uma barreira celular. Finalmente, ensaios preliminares de cultura de células in vitro utilizando células primárias do ligamento periodontal (PDLs) indicam que as membranas desenvolvidas suportaram a adesão celular e a proliferação indicando boa viabilidade celular como revelado pelos resultados de ADN. O presente trabalho constitui um progresso para o processamento de membranas de SF spinnadas viáveis para a regeneração periodontal, uma vez que demonstra que é possível ajustar a viscosidade das soluções de SF para obter condições de processamento óptimas utilizando um simples passo de sonicação antes do processo electrospinning , minimizando a quantidade de polímero sintético a ser utilizado.