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Publicação
Aeroregen : natural-based AEROgel formulations rowards healing and REGENeration of diabetic wounds
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Resumo(s)
Chronic wounds represent a major medical challenge, due to their complex nature involving prolonged inflammation and delayed tissue regeneration, accounting for up to 3% of healthcare expenditure in developed countries. Existing therapies often fall short in addressing these issues, highlighting the need for advanced, multifunctional biomaterials. This PhD thesis presents the development and characterization of silk fibroin-based particulate aerogels designed to promote healing and regeneration in chronic and exudative wounds. The main objective was to develop multifunctional bioaerogels for the treatment of chronic wounds. These bioaerogels should be able to manage exudate, support cellular activity, have antioxidant properties and enable the controlled release of therapeutic agents. The developed formulations aim to provide comprehensive support throughout the different phases of wound healing, modulating the inflammatory response and promoting re-epithelialization and tissue remodeling. The intrinsic properties of the materials used, such as silk, are also noteworthy, particularly their antioxidant capacity, which enhances their therapeutic potential. Using supercritical fluid technology, a reproducible and sustainable method was established to produce highly porous, low-density silk fibroin aerogel particles suitable for fluid absorption and drug delivery. A key innovation was the incorporation of adenosine - an anti-inflammatory and pro-angiogenic nucleoside - into the aerogels, marking the first time this molecule has been applied in such systems for wound healing. The formulations were further refined into core shell microparticles, combining silk fibroin with silk sericin and alginate to enhance biological performance, modified release profiles, swelling behaviour and improved compatibility with human tissue. The systems were extensively characterized and evaluated through in vitro assays using human dermal fibroblasts, keratinocytes, and endothelial cells, confirming their biocompatibility and ability to support cell proliferation. The optimized aerogels demonstrated effective adenosine release, reinforcing their potential to reduce inflammation and accelerate tissue repair. This dissertation describes the stepwise development of silk fibroin-based particulate systems—from basic unloaded aerogels to adenosine-loaded formulations and finally to advanced tri-polymeric core–shell structures. Overall, this thesis provides a comprehensive and sustainable approach to design multifunctional biomaterials, offering promising therapeutic solutions for the management of exudative and diabetic wounds, and contributing to the field of regenerative medicine in the area.
As feridas crónicas, representando cerca de 3% dos custos totais com cuidados de saúde nos países desenvolvidos, constituem um desafio médico significativo devido à sua natureza complexa, que envolve inflamação prolongada e regeneração lenta dos tecidos. As terapias atualmente disponíveis para enfrentar estas dificuldades são frequentemente ineficazes, evidenciando a necessidade de alternativas como a utilização de biomateriais avançados e multifuncionais. A presente dissertação descreve o desenvolvimento e a caracterização de aerogéis particulados à base de fibroína de seda, concebidos para promover a cicatrização e regeneração de feridas crónicas e exsudativas. O principal objetivo consistiu no desenvolvimento de bioaerogéis multifuncionais para aplicação em feridas crónicas, com capacidade para gerir o exsudado, estimular a atividade celular, exercer ação antioxidante, e permitir a libertação controlada de agentes terapêuticos. As formulações desenvolvidas visam atuar de forma abrangente ao longo das diferentes fases da cicatrização, contribuindo não só para a modulação da resposta inflamatória, mas também para a promoção da re-epitelização e remodelação tecidular. Destaca-se ainda o papel intrínseco dos materiais utilizados, como a seda, cujas propriedades antioxidantes reforçam o seu potencial terapêutico. Para tal, recorreu-se à tecnologia de fluidos supercríticos, tendo sido estabelecido um método sustentável e reprodutível de produção de partículas de aerogel de fibroína de seda com elevada porosidade, baixa densidade e adequadas para a libertação controlada de fármacos. Uma inovação central foi a incorporação de adenosina, um nucleósido com propriedades anti-inflamatórias e pró-angiogénicas, sendo a primeira aplicação neste tipo de sistemas para a cicatrização de feridas. As formulações foram depois otimizadas na forma de partículas com estrutura de dupla camada, combinando fibroína e sericina de seda com alginato, de modo a melhorar o desempenho biológico, controlar a cinética de libertação, capacidade de absorção e aumentar a compatibilidade com os tecidos. Os sistemas desenvolvidos foram amplamente caracterizados e avaliados através de ensaios in vitro com fibroblastos dérmicos humanos, queratinócitos e células endoteliais, que confirmaram a sua biocompatibilidade e capacidade de suportar a proliferação celular. Os aerogéis otimizados demonstraram uma libertação eficaz de adenosina, reforçando o seu potencial para reduzir a inflamação e acelerar a regeneração dos tecidos. Este trabalho tese documenta o desenvolvimento faseado de sistemas particulados à base de fibroína de seda, desde aerogéis em carga terapêutica, passando por formulações com adenosina, até estruturas avançadas com três biopolímeros distintos em arquitetura “core shell”. É proposta uma abordagem abrangente e sustentável para o design de biomateriais multifuncionais, que constitutem soluções terapêuticas promissoras para o tratamento de feridas exsudativas, com especial relevância para o contexto das feridas diabéticas, contribuindopara o avanço da medicina regenerative nesta área.
As feridas crónicas, representando cerca de 3% dos custos totais com cuidados de saúde nos países desenvolvidos, constituem um desafio médico significativo devido à sua natureza complexa, que envolve inflamação prolongada e regeneração lenta dos tecidos. As terapias atualmente disponíveis para enfrentar estas dificuldades são frequentemente ineficazes, evidenciando a necessidade de alternativas como a utilização de biomateriais avançados e multifuncionais. A presente dissertação descreve o desenvolvimento e a caracterização de aerogéis particulados à base de fibroína de seda, concebidos para promover a cicatrização e regeneração de feridas crónicas e exsudativas. O principal objetivo consistiu no desenvolvimento de bioaerogéis multifuncionais para aplicação em feridas crónicas, com capacidade para gerir o exsudado, estimular a atividade celular, exercer ação antioxidante, e permitir a libertação controlada de agentes terapêuticos. As formulações desenvolvidas visam atuar de forma abrangente ao longo das diferentes fases da cicatrização, contribuindo não só para a modulação da resposta inflamatória, mas também para a promoção da re-epitelização e remodelação tecidular. Destaca-se ainda o papel intrínseco dos materiais utilizados, como a seda, cujas propriedades antioxidantes reforçam o seu potencial terapêutico. Para tal, recorreu-se à tecnologia de fluidos supercríticos, tendo sido estabelecido um método sustentável e reprodutível de produção de partículas de aerogel de fibroína de seda com elevada porosidade, baixa densidade e adequadas para a libertação controlada de fármacos. Uma inovação central foi a incorporação de adenosina, um nucleósido com propriedades anti-inflamatórias e pró-angiogénicas, sendo a primeira aplicação neste tipo de sistemas para a cicatrização de feridas. As formulações foram depois otimizadas na forma de partículas com estrutura de dupla camada, combinando fibroína e sericina de seda com alginato, de modo a melhorar o desempenho biológico, controlar a cinética de libertação, capacidade de absorção e aumentar a compatibilidade com os tecidos. Os sistemas desenvolvidos foram amplamente caracterizados e avaliados através de ensaios in vitro com fibroblastos dérmicos humanos, queratinócitos e células endoteliais, que confirmaram a sua biocompatibilidade e capacidade de suportar a proliferação celular. Os aerogéis otimizados demonstraram uma libertação eficaz de adenosina, reforçando o seu potencial para reduzir a inflamação e acelerar a regeneração dos tecidos. Este trabalho tese documenta o desenvolvimento faseado de sistemas particulados à base de fibroína de seda, desde aerogéis em carga terapêutica, passando por formulações com adenosina, até estruturas avançadas com três biopolímeros distintos em arquitetura “core shell”. É proposta uma abordagem abrangente e sustentável para o design de biomateriais multifuncionais, que constitutem soluções terapêuticas promissoras para o tratamento de feridas exsudativas, com especial relevância para o contexto das feridas diabéticas, contribuindopara o avanço da medicina regenerative nesta área.
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Palavras-chave
Aerogels Silk fibroin particles Chronic wounds Tissue regeneration Drug delivery Aerogéis Partículas de fibroína de seda Feridas crónicas Regeneração de tecidos Libertação de medicamentos
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