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Integration of soft tissues with intraosseous protheses : a tissue engineering approach
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Abstract(s)
Enhancing the quality of life for individuals with lower limb amputation is a fundamental goal in prosthetic development and rehabilitation. Biomaterials that replicate the properties of natural tissue can play a pivotal role in improving the integration and functionality of prostheses. This thesis focuses on the synthesis and characterization of cryogels based on Gelatin Methacrylate (GelMA), designed specifically to enhance the integration of soft tissue with osseointegrated transcutaneous lower limb prostheses. Methacrylation reactions were employed to create GelMA and CsMA derivatives, with methacrylation levels reaching 55% and 16%, respectively, as confirmed through Fourier-transform infrared (FTIR) spectroscopy and ninhydrin assays. Further optimization included incorporating Polyethylene Glycol Diacrylate (PEGDA) and Pectin with GelMA. Stability assessments highlighted the superior stabilizing effect of PEGDA, with GelMA_PEGDA cryogels exhibiting only 20% weight loss over 14 days compared to 40% for GelMA alone. By contrast, GelMA_Pectin formulations degraded quickly. Swelling tests indicated that the increased crosslinking conferred by PEGDA reduced water uptake, resulting in controlled swelling behavior suitable for moisture-sensitive applications. Scanning Electron Microscopy (SEM) analysis showed a porous network in all cryogels, with GelMA_PEGDA presenting smaller, more uniform pores4an ideal structure for promoting cell infiltration. Mechanical testing further supported the potential of GelMA_PEGDA cryogels, revealing enhanced viscoelastic properties and strong compressive strength, both of which are crucial for load-bearing tissue applications. Following refinements in preparation protocols, the GelMA_PEGDA cryogels exhibited high biocompatibility, as evidenced by substantial cell viability and proliferation rates. Overall, GelMA_PEGDA cryogels exhibit a promising combination of stability, mechanical strength, and biocompatibility, making them well-suited for further investigation as scaffolds to support soft tissue integration with the abutment in transcutaneous lower limb prostheses.
Melhorar a qualidade de vida de indivíduos com amputação de membros inferiores é um objetivo fundamental no desenvolvimento e na reabilitação de próteses. Biomateriais que replicam as propriedades do tecido natural podem desempenhar um papel essencial na melhoria da integração e funcionalidade das próteses. Este trabalho centra-se na síntese e caracterização de criogéis à base de Gelatina Metacrilada (GelMA), especificamente desenhados para potenciar a integração do tecido mole com próteses transcutâneas osseointegradas para membros inferiores. Foram empregues reações de metacrilação para criar derivados de GelMA e CsMA, com níveis de metacrilação de 55% e 16%, respetivamente, confirmados através de espectroscopia de infravermelho com transformada de Fourier (FTIR) e ensaios de ninidrina. A otimização das formulações incluiu a incorporação de Diacrilato de Polietilenoglicol (PEGDA) e Pectina com GelMA. Avaliações de estabilidade destacaram o efeito estabilizador superior do PEGDA, com os criogéis de GelMA_PEGDA a apresentarem apenas 20% de perda de peso ao longo de 14 dias, em comparação com os 40% do GelMA. Em contraste, as formulações de GelMA_Pectina degradaram-se rapidamente. Testes de swelling indicaram que o aumento da reticulação conferido pelo PEGDA reduziu a absorção de água, resultando num comportamento de inchaço controlado, adequado para aplicações sensíveis à humidade. A análise por Microscopia Eletrónica de Varrimento (SEM) mostrou uma rede porosa em todos os criogéis, com GelMA_PEGDA a apresentar poros menores e mais uniformes 4 uma estrutura ideal para promover a infiltração celular. Os testes mecânicos reforçaram o potencial dos criogéis de GelMA_PEGDA, revelando propriedades viscoelásticas melhoradas e uma elevada resistência à compressão, ambas cruciais para aplicações de tecido que suportam carga. Após refinamentos nos protocolos de preparação, os criogéis de GelMA_PEGDA apresentaram uma elevada biocompatibilidade, comprovada pela substancial viabilidade e proliferação celular. No geral, os criogéis de GelMA_PEGDA apresentam uma combinação promissora de estabilidade, resistência mecânica e biocompatibilidade, tornando-os adequados para investigações adicionais como scaffolds para suportar a integração de tecido mole com o implante em próteses transcutâneas de membros inferiores.
Melhorar a qualidade de vida de indivíduos com amputação de membros inferiores é um objetivo fundamental no desenvolvimento e na reabilitação de próteses. Biomateriais que replicam as propriedades do tecido natural podem desempenhar um papel essencial na melhoria da integração e funcionalidade das próteses. Este trabalho centra-se na síntese e caracterização de criogéis à base de Gelatina Metacrilada (GelMA), especificamente desenhados para potenciar a integração do tecido mole com próteses transcutâneas osseointegradas para membros inferiores. Foram empregues reações de metacrilação para criar derivados de GelMA e CsMA, com níveis de metacrilação de 55% e 16%, respetivamente, confirmados através de espectroscopia de infravermelho com transformada de Fourier (FTIR) e ensaios de ninidrina. A otimização das formulações incluiu a incorporação de Diacrilato de Polietilenoglicol (PEGDA) e Pectina com GelMA. Avaliações de estabilidade destacaram o efeito estabilizador superior do PEGDA, com os criogéis de GelMA_PEGDA a apresentarem apenas 20% de perda de peso ao longo de 14 dias, em comparação com os 40% do GelMA. Em contraste, as formulações de GelMA_Pectina degradaram-se rapidamente. Testes de swelling indicaram que o aumento da reticulação conferido pelo PEGDA reduziu a absorção de água, resultando num comportamento de inchaço controlado, adequado para aplicações sensíveis à humidade. A análise por Microscopia Eletrónica de Varrimento (SEM) mostrou uma rede porosa em todos os criogéis, com GelMA_PEGDA a apresentar poros menores e mais uniformes 4 uma estrutura ideal para promover a infiltração celular. Os testes mecânicos reforçaram o potencial dos criogéis de GelMA_PEGDA, revelando propriedades viscoelásticas melhoradas e uma elevada resistência à compressão, ambas cruciais para aplicações de tecido que suportam carga. Após refinamentos nos protocolos de preparação, os criogéis de GelMA_PEGDA apresentaram uma elevada biocompatibilidade, comprovada pela substancial viabilidade e proliferação celular. No geral, os criogéis de GelMA_PEGDA apresentam uma combinação promissora de estabilidade, resistência mecânica e biocompatibilidade, tornando-os adequados para investigações adicionais como scaffolds para suportar a integração de tecido mole com o implante em próteses transcutâneas de membros inferiores.
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Lower limb amputation Integration Gelatin methacrylate Polyethylene glycol diacrylate Cryogels Amputação de membros inferiores Integração Gelatina metacrilada Diacrilato de polietilenoglicol Crogéis
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