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Orientador: João Batista Fogagnolo Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica Resumo: Peças fabricadas em titânio com estrutura porosa apresentam vantagens como material para implantes basicamente pela redução do módulo de elasticidade, o que aproxima sua rigidez à de tecidos ósseos, tornando-as mais adequadas á sua função. Neste trabalho apresenta-se um estudo da microestrutura e propriedades mecânicas de peças porosas de Ti-6Al-4V fabricadas por sinterização seletiva a laser, que é uma das técnicas de prototipagem rápida, que consolida, camada a camada, peças com geometria complexa a partir de pó. As estruturas porosas foram modeladas em programa CAD e fabricadas em um equipamento EOSINT M 270. Os modelos computacionais têm forma cúbica com 15 mm de aresta e possuem arquitetura interna de poros interconectados também de forma cúbica. A porcentagem de porosidade foi variada na faixa de 61 a 76%, mudando-se o número e o tamanho dos poros e a espessura das paredes internas. Pó atomizado da liga Ti-6Al-4V foi utilizado como matéria-prima. Utilizaram-se dois níveis de energia fornecida, variando-se alguns parâmetros do processo, como a velocidade de varredura do feixe de laser, a potência do laser e distância entre linhas de sinterização. As amostras sinterizadas foram caracterizadas por microscopia óptica e eletrônica de varredura, ensaios de dureza e compressão. Em uma segunda etapa, foram realizados tratamentos térmicos em amostras com 69% de porosidade projetada. As peças sinterizadas apresentaram microestrutura martensítica, porosidade interconectada na faixa de 63 a 77%, com boa formação de parede, e superfície rugosa com aderência de partículas de pó não sinterizado. Testes de compressão das amostras sinterizadas mostraram que o módulo de Young variou de 5,36±0,01 a 8,73±0,07 GPa, o limite de escoamento variou de 91,5±0,7 a 170±5 MPa e a resistência mecânica à compressão variou de 106±1 a 219±5 MPa, dependendo da porcentagem de porosidade. O aumento da energia do processo resultou em paredes mais finas, para o mesmo modelo, e também uma porosidade não controlada, interna às paredes das peças, o que reduziu a rigidez e a resistência mecânica das peças. Os tratamentos térmicos feitos nas peças porosas com 69 % de porosidade projetada promoveram mudanças microestruturais, mas não resultaram em aumento das propriedades mecânicas Abstract: Titanium porous parts have advantages as materials for implants due to their lower modulus of elasticity, which approximates their stiffness to the bone tissue stiffness, making them more appropriate to their biofunction. In this work we present a microstructural characterization and a mechanical property evaluation of porous parts of Ti-6Al-4V produced by selective laser sintering, which is a rapid prototyping technique that consolidates, layer by layer, parts with complex geometry from powder. The porous structures were designed in a CAD program and manufactured in the EOSINT 270 laser-sintering system. The computational models have cubic shape with 15 mm edge and an internal architecture of interconnected pores also with cubic shape. The percentage of porosity was varied in the range from 61 to 76 % by changing the number and size of the porous and the thickness the struts. Powder prealloyed of Ti-6Al-4V was using as raw material. Two energy levels were tested, by varying the process parameters, such as laser power, speed of laser and spacing between laser tracks. The as-sintered samples were characterized by optical and scanning electron microscopy, hardness and compressive tests. Further, thermal treatments were performed on samples with 69% of modeled porosity. The sintered parts presented martensitic microstructure, with interconnected porosities varying from 63-77%, with good formation of struts, and rough surface with adhesion of no-sintered powder particles. The compression tests of as- sintered samples showed the Young's modulus values ranging from 5.36 ± 0.01-8.73 ± 0.07 GPa, the yield strength values ranging from 91.5 ± 0,7-170 ± 5 MPa and the compressive strength values ranging from 106 ± 1-219 ± 5 MPa, depending on the percentage of porosity. Increasing the energy of the process resulted in thinner struts for the same model and also a no-controlled porosity in the internal struts of parts, which reduced the stiffness and the mechanical strength of the parts. Heat treatments performed in the porous parts with 69% porosity promoted microstructurals changes, but did not result in an increase of the mechanical properties Mestrado Materiais e Processos de Fabricação Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: José Angelo Camilli Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia Resumo: Os biomateriais podem ser utilizados em diversas áreas da bioengenharia regenerativa, sendo uma opção viável no reparo de lesões ósseas. Atualmente diferentes tipos de biomateriais têm sido estudados, dentre eles as cerâmicas que podem ser classificadas em três tipos: vidros bioativos, vitrocerâmicas e cerâmicas de fosfato de cálcio. As Cerâmicas de Fosfato de Cálcio podem ser subdivididas em Hidroxiapatita e em Cimentos Fosfatos de Cálcio (CFC). Os CFC tem se destacado pela sua fácil manipulação, capacidade de reabsorção e estimulação da osteogênese. No entanto, o CFC tem seu uso restrito como implante, pois possui baixa tenacidade a fratura comparada ao osso natural. Para reforçar o CFC algumas fibras como as de carbono, aramida e carbeto têm sido utilizadas. Outro tipo de reforço são os "whiskers" que compreendem fibras muito curtas. Neste estudo foi utilizado um CFC a base de ?-TCP reforçado com "whiskers" de Wollastonita, uma vitrocerâmica do complexo (CaSiO3), que assim como os vidros bioativos forma uma camada de hidroxiapatita se ligando firmemente aos ossos e tecidos adjacentes. O objetivo deste estudo foi avaliar a biocompatibilidade e o comportamento do CFC acrescido de "whiskers" de Wollastonita in vivo. Para obtenção dos cimentos os pós de ? -TCP com ou sem 10% de "whiskers" de Wollastonita foram adicionados a uma solução aquosa contendo 2,5% em massa de Na2HPO4 (fosfato de sódio bibásico anidro). O biomaterial então se transformou em uma pasta a qual foi moldada no defeito crítico de 5 mm realizado no osso parietal de ratos Wistar. Foram utilizados 30 ratos divididos em dois grupos. O primeiro grupo recebeu o implante de ?-TCP (grupo TCP) e o segundo recebeu implante de ?-TCP acrescido de 10 % de "whiskers" de Wollastonita (grupo TCPW). Cinco animais de cada grupo foram eutanasiados no prazo de 30, 90 e 120 dias. As calvárias foram retiradas e submetidas a processamento histológico com Eosina e Hematoxilina e Tricrômio de Masson. A análise morfométrica foi realizada com auxílio do software NIS-Elements: Advanced Research 3.0 no qual foi possível mensurar a área de osso neoformada nos diferentes períodos de tempo. Os resultados expressaram uma média de área de osso neoformado no grupo TCP de (2, 25%), (2,80%) e (2,93%) após 30, 90 e 120 dias após a implantação respectivamente. No grupo TCPW a área de osso neoformado foi de 4,53% aos 30 dias, 5, 08% aos 90 dias e 3,76% aos 120 dias. Para avaliação macroscópica da resposta do tecido á presença do biomaterial as calvárias de 120 dias foram submetidas ao processo de maceração com Peróxido de Hidrogênio. Concluí se que o ?-TCP acrescido de 10% de "whiskers" de Wollastonita é uma alternativa viável para engenharia tecidual óssea, pois se mostrou biocompatível e capaz de estimular a neoformação óssea Abstract: Biomaterials can be used in various areas of regenerative bioengineering, being a viable option in the repair of bone lesions. Currently different kinds of biomaterials have been studied, including ceramics that can be classified into three types: bioactive glasses, glass ceramics and ceramics of calcium phosphate. The calcium phosphate ceramics can be subdivided into Hydroxyapatite and Calcium Phosphate Cement (CFC). The CFC has been highlighted for its easy handling capacity of resorption and stimulation of osteogenesis. However, CFCs have restricted its use as an implant because it has low fracture toughness compared to natural bone. To reinforce CFCs carbon fibers, aramid and carbide have been used. Another type of reinforcement are the "whiskers" that comprise very short fibers. In this study we used a CFC-based ?-TCP reinforced with "whiskers" of Wollastonite, a ceramic complex (CaSiO3), so as bioactive glasses form a layer of hydroxyapatite firmly linking the bones and surrounding tissues. The aim of this study was to evaluate the biocompatibility and the behavior of CFC doped "whiskers" of Wollastonite in vivo. To obtain the cement powder of ?-TCP with or without 10% "whiskers" of Wollastonite was added to an aqueous solution containing 2.5 wt% Na2HPO4 (bibasic sodium phosphate anhydrous). The biomaterial is then transformed into a paste which was shaped in the critical defect of 5 mm held in Wistar rat parietal bone. Were used 30 rats divided into two groups. The first group received implantation of ?-TCP (TCP group) and the second received implantation of ?-TCP doped 10% of "whiskers" of Wollastonite (TCPW group). Five animals from each group were euthanised within 30, 90 and 120 days. The calvaria were removed and sent for histological analysis with hematoxylin and eosin and Masson Trichrome. The morphometric analysis was performed using NIS-Elements software: Advanced Research 3.0 in which it was possible to measure the area of newly formed bone in the different periods of time. The results expressed an average area of newly formed bone in the TCP group (2.25%), (2.80%) and (2.93%) after 30, 90 and 120 days after implantation, respectively. TCPW group in the area of new bone formation was 4.53% at day 30, 5.08% at 90 days and 3.76% at 120 days. For macroscopic evaluation of the tissue response to the presence of the biomaterial calvarial 120 days were subjected to maceration process with Hydrogen Peroxide. Concluded that the ?TCP doped 10% of "whiskers" of Wollastonite is a viable alternative for bone tissue engineering because it showed biocompatible and capable of stimulating bone formation Mestrado Anatomia Mestra em Biologia Celular e Estrutural

Orientador: Marisa Masumi Beppu Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química Resumo: A utilização de polímeros de fontes renováveis vem sendo amplamente estudada tanto no campo biomédico quanto nas indústrias de embalagens. Polímeros naturais são, em geral, biodegradáveis, biocompatíveis e podem ser obtidos a custos relativamente baixos. Biopolímeros como o alginato de sódio e a fibroína de seda vêm se destacando como potenciais matériasprimas para a fabricação de membranas e de biomateriais. O objetivo deste trabalho foi explorar a possibilidade de se formar membranas de fibroína de seda com alginato de sódio, a fim de conjugar as propriedades desses biopolímeros, visando possíveis aplicações como biomaterial. Foi estudada a incorporação da fibroína no alginato de sódio sob diferentes formas, como a incorporação na forma de fios (para a obtenção de compósitos) e como solução (para a obtenção de blendas). Na obtenção da blenda de fibroína e alginato foi observada a formação de uma membrana composta majoritariamente de alginato, contendo glóbulos de fibroína, indicando separação microscópica de fases. Entretanto ocorreu interação entre os domínios hidrofílicos dos dois materiais, fato confirmado pelo DRX. A blenda apresentou espectro de FTIR similar ao do alginato, porém com picos característicos de conformação folha-b da fibroína. Para as análises de intumescimento em água, ângulo de contato, permeabilidade ao vapor d'água, resistência à tração, análises térmicas e citotoxicidade, a blenda apresentou comportamento intermediário entre seus componentes, contudo mais voltado para o alginato, presente em maior proporção na mesma. Através da formação da blenda com alginato de sódio foi possível melhorar as propriedades físicas da membrana quando comparadas com a membrana de fibroína pura. Com a incorporação dos fios de fibroína no alginato obteve-se um compósito com boa interação fibramatriz, observada pelos testes mecânicos e MEV. Os compósitos eram bastante maleáveis e apresentavam elevada resistência ao rasgo. As análises térmicas apresentaram picos de degradação dos dois componentes separadamente. Nenhuma das membranas obtidas neste trabalho apresentou citotoxicidade, sendo a viabilidade celular mantida entre 70 e 100%. Os materiais resultantes possuem potencial para serem explorados como biomateriais, entretanto testes específicos de utilização devem ser realizados. Abstract: The use of polymers from renewable sources has been widely studied in the biomedical field as much as in the packaging industries. Natural polymers are, in general, biodegradable, biocompatible and can be obtained at low costs. Biopolymers such as sodium alginate and silk fibroin are potential raw-materials for production of membranes and biomaterials. The aim of this study was to explore the possibilities of forming membranes of silk fibroin with sodium alginate, in order to conjugate the properties of those biopolymers, for biomaterial applications. The incorporation of fibroin in sodium alginate under different forms was studied, such as the incorporation of silk as fibers (to obtain composites) or as solution (to obtain blends). The fibroin and alginate blend membrane was mainly composed by alginate, with fibroin globular domains, indicating micro-phase separation. However, interaction in the hydrophilic domains of the materials has occurred, confirmed by XRD. The blend presented FTIR spectrum similar to alginate, but with characteristic peaks of fibroin b-sheet conformation. For the degree of swelling in water, water contact angle, water vapor permeability, tensile strength, thermal analyses and cytotoxicity tests, the blend presented intermediate behavior between its components, however closer to alginate, which was present in higher proportion. Through the blend formation with sodium alginate, it was possible to improve the physical properties of the fibroin membrane. A composite with good fiber-matrix interaction was obtained through the incorporation of fibroin fibers in the alginate matrix. This fact was confirmed by mechanical tests and SEM. These composites were flexible and presented high resistance to tear. The thermal analyses presented degradation peaks of the two components, separately. None of the membranes prepared in this study presented cytotoxicity and the cellular viability was maintained between 70 and 100%. The materials present high potential to be explored as biomaterials, therefore specific tests are still necessary. Mestrado Engenharia de Processos Mestre em Engenharia Química

Orientador: Marcelo Ganzarolli de Oliveira Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Química Resumo: Biomateriais poliméricos são usados no carreamento de fármacos e em diversas aplicações médicas. No caso de matrizes mucoaderentes, a liberação tópica de fármacos ocorre diretamente em mucosas, com fácil aplicação e exposição do biomaterial a ambientes fisiológicos menos agressivos. No presente trabalho foram preparados hidrogéis a partir de poli(álcool vinílico) e hidroxipropilmetilcelulose, reticulados com um diácido carboxílico sulfidrilado (ácido mercaptosuccínico, AMS), para a posterior S-nitrosação dos grupos sulfidrila e liberação de óxido nítrico (NO). O perfil de liberação de NO pelo hidrogel foi caracterizado por quimiluminescência. A capacidade de mucoadesão do hidrogel foi avaliada a partir da adsorção de mucina em solução. A reticulação química promovida pela esterificação dos polímeros com AMS foi confirmada pelo deslocamento da banda de carbonila no espectro de infravermelho. O teor de sulfidrilas foi quantificado pelo método colorimétrico de Ellman. A reticulação química impediu a cristalização, elevou a temperatura de transição vítrea e aumentou a resistência mecânica do hidrogel seco. Os hidrogéis apresentaram alto coeficiente de intumescimento, absorvendo até 500% em massa de água em 10 min. O teor de grupos sulfidrila detectado foi de 9,96 ± 0,09 nmol/mg e a carga total de NO liberado foi de 4,42 ± 0,10 nmol/mg. A incorporação de HPMC e de grupos sulfidrila ao material conferiu uma maior capacidade de mucoadesão. A combinação de propriedades mucoaderentes com a liberação espontânea de NO faz deste material um potencial liberador de NO para uso tópico em mucosas Abstract: Polymeric biomaterials are used in drug delivery systems and several medical devices. In case of mucoadhesive matrices, topical release of drugs occurs directly in mucosal tissues, with easy application and exposing the biomaterial to less harmful physiological environments. In this work, poly (vinyl alcohol) and hydroxypropylmethylcellulose hydrogels were prepared with an sulfhydrylated dicarboxylic acid (mercaptosuccinic acid, MSA) as crosslinker, for subsequent S-nitrosation of sulfhydryl groups and nitric oxide (NO) release. The profile of NO release was characterized by chemiluminescence analysis. The mucoadhesion of hydrogels was evaluated by the mucin adsorption The reaction with mercaptosuccinic acid was confirmed by the shift of the carbonyl band in the infrared spectrum. The content of sulfhydryl groups was quantified by Ellman¿s colorimetric method. Chemical crosslinking inhibited the crystallization, increased the glass transition temperature and mechanical properties of the dried hydrogels. The hydrogels showed high swelling degree, absorbing 500% in mass of water in 10 min. The content of sulfhydryl groups detected was 9.96 ± 0.09 nmol/mg. The total load of NO released was 4.42 ± 0.10 nmol/mg. The presence of sulfhydryl groups and the hydroxypropylmethylcellulose increased the mucoadhesive properties of the dried material. The combination of mucoadhesive properties with spontaneous NO release makes this hydrogel a potential material for the topical application of NO on mucous tissues Mestrado Físico-Química Mestre em Química CAPES

Orientador: Renato Mazzonetto Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Odontologia de Piracicaba Resumo: O propósito deste trabalho foi avaliar e comparar a resistência mecânica à flexão de placas e parafusos metálicos e reabsorvíveis para fixação interna rígida. Foram utilizadas hemimandíbulas sintéticas de poliuretano, nas quais se realizou uma osteotomia entre o segundo pré-molar e o primeiro molar inferior, simulando uma fratura de corpo mandibular. Foram estabelecidos dois grupos para placas e parafusos metálicos e dois grupos para reabsorvíveis de acordo com a seguinte disposição: duas placas metálicas mantidas com parafusos monocorticais de 6 mm na zona de tensão e outra com parafusos bicorticais de 12 mm de comprimento na zona de compressão. Após a fixação rígida, foi realizado o teste de resistência à flexão em máquina de ensaio universal (Instron®, modelo 4411) programada com velocidade de deslocamento linear de 1 mm/min e com célula de carga de 500N para obtenção do valor da resistência à flexão em quilograma-força com incidência de carga em região de incisivo e pré-molar em cada um dos grupos estudados. Os resultados demonstraram não existir diferença estatisticamente significante entre os sistemas de fixação interna rígida de titânio e reabsorvível, quando avaliadas as variáveis deslocamento (em mm) e a carga de pico (em kgf) para os 4 grupos amostrais. Abstract: The meaning of this study was to evaluate and compare the resistance to flexion between metallic and absorbable plates and screws for rigid internal fixation. It was used synthetic hemimandible of polyurethane, in which one was performed a straight cut between second premolar and first molar, simulating a breaking of mandibular body. It was established two groups for metallic plates and screws and two groups for absorbable according to following disposal: two metallic plates kept with 6mm monocortical screws in the tension zone and another one with 12mm bicortical screws in the compression zone. After the rigid fixation, it was carried out the flexion resistance test thru a universal assay machine (Instron®, model 4411) performed with 1mm/minute linear displacement speeding with 500N of bearing cell for attainment the flexion resistance value in kilogram-force with the load incidence in the incisor and premolar regions on each group studied. The results had demonstrated to not exist statistical significant difference between the titanium and absorbable systems, when evaluated the variable displacement (in mm) and the peak load (in kgf) for the 4 groups tested. Mestrado Cirurgia e Traumatologia Buco-Maxilo-Faciais Mestre em Clínica Odontológica

Orientador: Cecília Amélia de Carvalho Zavaglia Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica Resumo: Neste trabalho foi realizada a caracterização da liga Co-28Cr-6Mo ASTM F75 de modo a comparar duas rotas de fabricação: a microfundição e a manufatura aditiva, mais especificamente a Sinterização Direta de Metais por Laser (do inglês, DMLS) e verificar a influência de cada método de produção na microestrutura, propriedades mecânicas, resistências ao desgaste e à corrosão do material. A caracterização microestrutural foi feita por microscopia óptica, microscopia eletrônica de varredura, espectroscopia de raios-X por energia dispersiva e difração de raios-X. As propriedades mecânicas foram avaliadas pelos ensaios de dureza Vickers, tração e compressão. O comportamento em desgaste foi avaliado a partir do ensaio de microabrasão do tipo esfera sobre placa, utilizando como abrasivo uma suspensão de partículas de carboneto de silício (SiC). Para avaliar o comportamento em corrosão foram realizados ensaios de polarização cíclica e impedância. Observaram-se microestruturas bastante diferentes de um método de fabricação para outro, em função disso as amostras obtidas por DMLS apresentaram maior resistência mecânica e à corrosão, enquanto que o material microfundido teve maior resistência ao desgaste Abstract: In this work, the characterization of the Co-28Cr-6Mo ASTM F75 alloy was performed to compare two manufacturing routes: microcasting and additive manufacture, more specifically Direct Metal Laser Sintering (DMLS) and verify the influence of each method of production in the microstructure, mechanical properties, wear and corrosion of the material. The microstructural characterization was made by optical microscopy, scanning electron microscopy, energy-dispersive X-ray spectroscopy and X-ray diffraction. The mechanical properties were evaluated by the Vickers hardness, tensile and compression tests. The wear behavior was evaluated from the ball-on-plate microabrasion test using as an abrasive a suspension of silicon carbide (SiC) particles. To evaluate the corrosion behavior, cyclic polarization and impedance tests were performed. Microstructures were observed to be quite different from one manufacturing method to another, so the samples obtained by DMLS presented higher mechanical strength and resistance to corrosion, while the microcast material had a higher resistance to wear Mestrado Materiais e Processos de Fabricação Mestre em Engenharia Mecânica CNPQ 155609/2015-7

Orientador: João Batista Fogagnolo Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica Resumo: O emprego das técnicas de modificação superficial a laser constitui-se uma importante ferramenta para o desenvolvimento de materiais com propriedades otimizadas. Com intuito de alcançar propriedades de interesse para uso em biomateriais, estas técnicas podem ser empregadas no desenvolvimento de materiais com gradientes de propriedades. No presente trabalho foram realizadas duas etapas experimentais, uma destinada a ensaios de fusão superficial a laser em peças sinterizadas do grupo de liga Ti-Mo e outra etapa para modificação da superfície por meio da técnica de obtenção de liga a laser em peças sinterizadas de Ti-3Mo e Ti-10Nb. Ambos os ensaios foram realizados empregando um laser de fibra da marca IPG-PHOTONICS®, modelo YLR-500-MM-AC-Y11, operando em modo contínuo. No estudo dos revestimentos produzidos por obtenção de liga na superfície a laser, foram avaliadas as seguintes variáveis: a potência e a espessura da camada de pó pré-depositados na superfície (variáveis de influência) e a profundidade e a razão de diluição dos revestimentos (variáveis de resposta). Os ensaios de fusão superficial a laser foram realizados com emprego de um único conjunto de parâmetros, para o qual analisou-se a influência da técnica nas transformações metalúrgicas ocorridas em ligas com diferentes composições de Mo. Para esta finalidade peças sinterizadas de ligas do sistema Ti-Mo contendo 3, 6, 9, 11, 14 e 16% em massa de Mo foram submetidas à fusão superficial a laser. Os resultados indicaram principalmente a formação da fase ?¿ para composições com até 9% de Mo, e a predominância de fase ? metaestável para as amostras com composições superiores a 10% de Mo. Com relação à técnica de obtenção de liga na superfície a laser, os elementos Mo e Nb foram introduzidos na superfície de peças de Ti-3Mo e Ti-10Nb, respectivamente. Os revestimentos das ligas Ti-Mo e Ti-Nb obtidos por modificação superficial com adição de liga na superfície apresentaram heterogeneidades que impossibilitaram a completa estabilização da fase ?, bem como houve formação da fase ?¿¿ nas regiões com baixo teor de soluto. Nos revestimentos de ambos os grupos de liga foram identificadas as fases ? ou ?¿ em algumas amostras, possivelmente causadas pela atuação do oxigênio introduzido na liga a partir das peças sinterizadas ou pelos pós de Mo e Nb. Entretanto, foi possível alcançar a estabilização da fase ? em parte da amostra do revestimento processado com potência de 300 W e espessura de camada de pó de Nb de 0,2 mm, para a qual foram obtidos os menores módulos de elasticidade (70-80 GPa) Abstract: The application of the laser surface modification techniques is an important tool for the development of materials with optimized properties. Aiming to obtain desired characteristics to use in biomaterials, these techniques can be employed on the development of materials with gradients of properties. In this work, two experimental stages were carried out. The first aiming for laser surface melting tests on sintered parts of Ti-Mo alloy. The other stage consisting on applying by laser surface alloying technique on sintered parts of Ti-3Mo and Ti-10Nb. Both assays were performed using a fiber laser operating in continuous mode (YLR-500-MM-AC-Y11 model, IPG-PHOTONICS®). In the study of coatings obtained from laser surface alloying technique, the following variables were evaluated: the power and the thickness of the pre-deposited powder layer on the surface (influencing variables) and the depth and the dilution ratio of the coatings (response variables). The laser surface melting tests were performed using a single set of parameters. In these assays, analyses of the influence of the laser surface melting technique on metallurgical transformations in the Ti alloys with different compositions of Mo were done. The results from laser surface melting analyses showed mainly the formation of ?¿ phase in parts with up to 9% of Mo, while for samples with compositions higher than 10% of Mo, the ? metastable phase was the predominant phase. Regarding the laser surface alloying technique, Mo and Nb elements were added on the surface of Ti-3Mo and Ti-10Nb parts, respectively. The coatings of Ti-Mo and Ti-Nb alloys obtained from laser surface alloying technique showed heterogeneities. This inhomogeneity prevented the full stabilization of ? phase and caused the formation of ?¿¿ phase on regions with low solute contents. In the coatings of both groups of alloy, ? and ?' phases were identified in some samples. The presence of these phases was possibly caused by oxygen content introduced into the alloys from the sintered parts or by Mo and Nb powders. However, it was possible to achieve the ? phase stabilization in part of the treated sample using 300 W of power and 0.2 mm of thickness of Nb powder. By using these parameters, the Ti-Nb sample showed the lowest modules of elasticity (70-80 GPa) Mestrado Materiais e Processos de Fabricação Mestre em Engenharia Mecânica FAPEAM 197124232782211022014

Orientador: Rubens Caram Júnior Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica Resumo: O uso de ligas do sistema Ti-Nb-Zr como biomaterial é promissor em razão de sua boa biocompatibilidade, alta resistência à corrosão, elevada resistência mecânica e baixo módulo de elasticidade. As propriedades mecânicas de ligas Ti-Nb-Zr podem ser manipuladas variando-se o teor de Nb e Zr no componente, o que é obtido aplicando-se o processo de manufatura aditiva LENS®. Tal processo é uma técnica inovadora e permite produzir componentes tridimensionais com gradientes de composição e consequentemente, com gradientes funcionais. Materiais com gradiente funcionais são exigidos, em alguns casos, no reparo de tecidos duros do corpo humano. Por exemplo, em placas de fixação de fratura óssea é interessante alto módulo de elasticidade em regiões próximas à fratura e baixo módulo de elasticidade em regiões adjacentes à fratura. O objetivo desse trabalho foi estudar, do ponto de vista metalúrgico, a possibilidade de se produzir materiais para aplicação ortopédica fabricados com ligas Ti-Nb-Zr com gradientes de composição aplicando-se o processo LENS®. Para isso foram produzidos lingotes medindo 12 x 12 x 55 mm, com extremidades com composições nominais de Ti-35Nb-10Zr (% em peso) (região de baixo módulo), a região central de Ti CP (região de alto módulo) e as regiões entre o centro e as extremidades, com composições intermediárias. Cada lingote foi cortado simetricamente no sentido longitudinal, resultando em duas amostras (placas). Uma amostra foi caracterizada no estado como solidificada e a outra, após tratamento térmico de solubilização a 1000 °C por 1 h e resfriada em água. A caracterização das amostras envolveu fluorescência de raios-X e análise de teor de O e N para determinação da composição. Microscopia eletrônica de varredura, difração de elétrons retroespalhados e difração de raios-X foram utilizadas para análise microestrutural. Nanoindentação, medida de microdureza Vickers e análise de módulo de elasticidade por ultrassom para análise do comportamento mecânico. Verificou-se que é possível obter materiais com gradientes funcionais pelo processo LENS® dentro do sistema Ti-Nb-Zr. As amostras apresentaram módulo de elasticidade variando entre 65 a 110 GPa ao longo de seu comprimento Abstract: The use of Ti-Nb-Zr alloys system as biomaterial is promising due to its good biocompatibility, high corrosion resistance, high strength and low modulus of elasticity. The mechanical properties of Ti-Nb-Zr alloys can be manipulated varying the content of Nb and Zr in the component production. This variation is obtained by applying the additive manufacturing process LENS®. This process is a novel technique and allows the production of three-dimensional components with compositional gradients and hence with functional gradients. Functionally graded materials are required in some cases, for repair of hard tissues of human body. In bone fracture fixation plates, for example, is interesting that the closest fracture regions possess high Young's modulus while adjacent fracture regions low Young's modulus. The aim of this work was to study, of metallurgical point of view, the possibility of producing materials, for orthopedic application, manufactured with Ti-Nb-Zr alloys with composition gradients applying the LENS®. To this, ingots measuring 12 x 12 x 55 mm were produced. Its ends were produced with the nominal composition Ti-35Nb-10Zr (wt%) (low modulus region), the central region was produced with CP Ti (high modulus region) and the regions between the extremities and central, with intermediate composition. Each ingot was symmetrical cut in longitudinal way, resulting in two samples (plates). One sample was characterized as the solidified state and the other one, after solubilization heat treatment at 1000 °C for 1 h and cooled in water. The samples were characterized by X-rays fluorescence and analysis of O and N content for compositions determining. Scanning electron microscopy, electron backscattering diffraction and X-ray diffraction were used for microstructural analysis. Nanoindentation technique, Vickers microhardness measure and measurement of Young's modulus by ultrasound were used for mechanical properties analysis. It has been found that it is possible to obtain functional gradients materials by the LENS® process within Ti-Nb-Zr system. The samples had modulus ranging from 65 to 110 GPa along its length Mestrado Materiais e Processos de Fabricação Mestre em Engenharia Mecânica FAPESP CAPES CNPQ

Submitted by Aline Batista (alinehb.ufpel@gmail.com) on 2021-11-22T15:02:58Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Tese_Oscar_Giordani_Paniz.pdf: 4802788 bytes, checksum: 6aeb45a25cbdfd9d71c4577ca93282eb (MD5) Made available in DSpace on 2021-11-23T18:51:21Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Tese_Oscar_Giordani_Paniz.pdf: 4802788 bytes, checksum: 6aeb45a25cbdfd9d71c4577ca93282eb (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Previous issue date: 2021-04-14 Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado do Rio Grande do Sul - FAPERGS Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES Recursos não renováveis, como o petróleo, são finitos e tendo em vista que suas reservas estão por se esgotar ao longo do próximo século alternativas baseadas em fontes renováveis, como a biomassa, devem ser exploradas para substituir os petroquímicos. É preciso, no entanto, utilizar fontes alternativas que não venham a competir com áreas destinadas para a produção de alimentos. Nesse contexto, o presente trabalho explorou a viabilidade de biomassas (linho neozelandês e algas marinhas das regiões antárticas e subantártica) serem utilizadas para a obtenção de material celulósico. As diferentes biomassas foram moídas e submetidas a um conjunto de tratamentos químicos e físicos (hidrolise alcalina (NaOH 5% m/v), branqueamento (NaClO2) e sonicação) para a obtenção de material celulósico. Avaliou também a viabilidade de conversão desses materiais celulósicos em nanocelulose por meio de hidrólise ácida e acetato de celulose por meio de reação de esterificação, respectivamente. Os materiais obtidos foram caracterizados quimicamente, de acordo com as normas da Associação Técnica da Indústria de Papel e Polpa, por espectroscopia no infravermelho por transformada de Fourier e por espectroscopia por ressonância magnética nuclear de carbono 13, caracterizados fisicamente por potencial zeta, termogravimetria e calorimetria exploratória diferencial, caracterizados morfologicamente por microscopia ótica, eletrônica de varredura, eletrônica de varredura de alta resolução e eletrônica de transmissão, além de caracterizados por difração de raios-X e viabilidade celular de acordo com ISO 10.993-5. Como resultado, esponja de nanofibras de celulose foi produzida a partir da alga Cystosphaera jacquinotti sem autilização de hidrólise ácida, se mostrado também um excelente substrato para proliferação celular. Esponja celulósica foi obtida a partir da alga Anhfeltia plicata. Ademais, o linho neozelandês mostrou-se uma excelente fonte de celulose, com alto rendimento passível para a produção de nanofibras de celulose, por meio de hidrolise ácida, e acetato de celulose após sua esterificação. Nonrenewable resources, such as petroleum, are finite, and as oil reserves are about to be depleted over the next century, alternatives based on renewable sources, like biomass, must be explored to replace petrochemicals. However, it is necessary to use alternative sources that will not compete with cropped areas. Thus, the present work explored the viability of biomasses (New Zealand flax and seaweed from the Antarctic and Sub-Antarctic regions) to obtain cellulosic material. Hence, the mentioned biomasses were ground and subjected to chemical and physical treatments (alkaline hydrolysis (NaOH 5% w/v), bleaching (NaClO2) and sonication) to obtain cellulosic material. The feasibility to converting cellulosic materials into nanocellulose through an acid hydrolysis and cellulose acetate by esterification reaction was also evaluated. The obtained materials were chemically characterized, according to Technical Association of the Pulp and Paper Industry standards (Tappi), by Fourier transform infrared spectroscopy, and by carbon 13 nuclear magnetic resonance spectroscopy; physically characterized by zeta potential, thermogravimetry and differential scanning calorimetry; morphologically characterized by optical microscopy, scanning electronics microscopy, Field Emission Scanning Electron Microscopy and transmission electron microscopy. In addition, the materials were characterized by X-ray diffraction and cell viability according to ISO 10.993-5. As result, cellulose nanofiber like-sponge morphology was produced from the algae Cystosphaera jacquinotti, without acid hydrolysis. The material being an excellent substrate for cell proliferation. Cellulosic material like-sponge morphology was produced from Anhfeltia plicata. In addition, New Zealand flax was an excellent source of cellulose, presenting a high yield and can be used to produce cellulose nanofibers, by acid hydrolysis and cellulose acetate by esterification.

Aim: In vitro evaluation of the influence of bovine xenogenic biomaterials on stem cells from human exfoliated deciduous teeth (SHEDs). The study was divided into three groups: 1) group C (control), containing only MSCs; 2) group BP, containing MSCs and Bonefill Porous®; 3) group BO, containing MSCs and Bio-Oss®. MSCs were derived from a deciduous tooth from a 7-year-old male donor. An aliquot of cells was subjected to immunophenotyping by flow cytometry. Cell viability (neutral red), cytotoxicity (MTT), and cell proliferation (crystal violet) assays were performed. All groups underwent morphological analysis by light microscopy (LM), and the biomaterial with superior performance was submitted to evaluation by scanning electron microscopy (SEM). Time points of 24, 48, and 72 h of culture were used. All results were evaluated with a significance level of 0.05. Results showed that both biomaterials maintained cell viability and cytotoxicity similar to the control. The BO group showed smaller cell proliferation compared to the other groups. In LM evaluation, the BP group showed more spread and adherent cells than the BO group. In SEM, cells of the BP group showed characteristics of more active cells than those of the control. Bovine xenogenic biomaterials positively influenced SHEDs, while the BP group seemed to present higher potential with SHEDs for future application within in vivo and/or clinical studies. Objetivo: Evaluación in vitro de la influencia de los biomateriales xenógenos bovinos en células madre de dientes caducifolios exfoliados (SHEDs) humanos. El estudio se dividió en tres grupos: 1) grupo C (control), que contiene sólo MSCs; 2) grupo BP, que contiene MSCs y Bonefill Porous®; 3) Grupo BO, que contiene MSCs y Bio-Oss®. Los MSC se derivaron de un diente caducifolio de un donante de 7 años. Un conjunto celular fue sometido a inmunofennotización por citometría de flujo. Se realizaron pruebas de viabilidad celular (rojo neutro), citotoxicidad (TM) y proliferación celular (cristal violeta). Todos los grupos fueron sometidos a análisis morfológicos por microscopía ligera (ML), y el biomaterial con rendimiento superior fue sometido a evaluación mediante microscopía electrónica de barrido (SEM). Se utilizaron puntos de tiempo de 24, 48 y 72 horas de cultura. Todos los resultados fueron evaluados con un nivel de significancia de 0,05. Los resultados mostraron que ambos biomateriales mantenían la viabilidad celular y la citotoxicidad similar al control. El grupo bo presentó una menor proliferación celular en comparación con los otros grupos. En la evaluación lm, el grupo BP presentó células más difundidas y adherentes que el grupo bo. En SEM, las células del grupo BP presentaron más características celulares activas que las del control. Los biomateriales xenógenos bovinos influyeron positivamente en los SHEDs, mientras que el grupo BP parecía presentar un mayor potencial con SHEDs para futuras aplicaciones en estudios clínicos y/o in vivo. Objetivo: Avaliação in vitro da influência de biomateriais xenogênicos bovinos sobre células-tronco de dentes decíduos esfoliados humanos (SHEDs). O estudo foi dividido em três grupos: 1) grupo C (controle), contendo apenas CTMs; 2) grupo BP, contendo MSCs e Bonefill Porous®; 3) grupo BO, contendo MSCs e Bio-Oss®. As CTMs foram derivadas de um dente decíduo de um doador de 7 anos de idade. Uma alíquota de células foi submetida à imunofenotipagem por citometria de fluxo. Foram realizados ensaios de viabilidade celular (vermelho neutro), citotoxicidade (MTT) e proliferação celular (cristal violeta). Todos os grupos foram submetidos à análise morfológica por microscopia de luz (ML), e o biomaterial com desempenho superior foi submetido à avaliação por microscopia eletrônica de varredura (MEV). Foram utilizados pontos temporais de 24, 48 e 72 horas de cultura. Todos os resultados foram avaliados com nível de significância de 0,05. Os resultados mostraram que ambos os biomateriais mantiveram a viabilidade celular e citotoxicidade semelhantes ao controle. O grupo BO apresentou proliferação celular menor em comparação aos demais grupos. Na avaliação LM, o grupo BP apresentou mais células disseminadas e aderentes do que o grupo BO. No MEV, as células do grupo BP apresentaram características de células mais ativas do que as do controle. Biomateriais xenogênicos bovinos influenciaram positivamente os SHEDs, enquanto o grupo BP pareceu apresentar maior potencial com SHEDs para futura aplicação em estudos in vivo e / ou clínicos.

Urinary bladder damages leading to few viable bladder tissue available might demand a challenging reconstructive surgery. In this context, biomaterials are valid alternatives for bladder reconstruction. This study evaluated the bovine tunica albuginea fragment as graft material for cystoplasty in rats and honey-preserved implant viability.Thirty Wistar rats were assigned to two groups: (1) a test group (T) with a circular 1.0-cm-diameterbovine tunica albuginea graft application in the apex region by a continuous absorbable (Polyglactin 910 5-0) suture with stitching of all bladder layers and (2) a simulation group (S) in which animals underwent only partial cystectomy. In addition, each of these groups was further divided into three subgroups according to euthanasia period on post-surgery day 7, 15 and 30.Two animals had self-limiting hematuria at postsurgical period. At necropsy, frequent crystals and adhesion to the peritoneum were observed. At the histopathological evaluation, animals from the T group euthanized by 15th postoperative day had layers disorganization and initial muscle development, while T group rats euthanized by 30th postoperative day showed complete urothelization. Urothelization pattern was similar in both groups. Moreover, the muscular layer formation was present in both groups, but more evident in S group animals. Nevertheless, inflammatory infiltrate and neovascularization were remarkably more intense in T group rats.It might be concluded that bovine tunica albuginea graft was successful in repairing rats’ bladder, being a good biomaterial option in reconstructive urinary vesicle surgery. RESUMO: Lesões na vesícula urinária que culminem em pouco tecido vesical viável podem demandar cirurgias reconstrutivas desafiadoras. Neste contexto, biomateriais são alternativas válidas para a reconstrução da bexiga. O objetivo deste trabalho foi avaliar a túnica albugínea bovina como material para enxerto na cistoplastia em ratos, assim como a viabilidade deste implante preservado em mel. Trinta ratos Wistar foram divididos em dois grupos: (1) um grupo teste (T), no qual os animais foram submetidos a cistectomia parcial seguida de cistoplastia com aplicação do enxerto circular com 1,0cm de diâmetro de túnica albugínea bovina na região do ápice com sutura absorvível (Poliglactina 910 5-0) em padrão contínuo englobando todas as camadas da bexiga; e (2) um grupo simulação (S), cujos ratos realizaram apenas cistectomia parcial. Além disso, cada grupo foi posteriormente dividido em três subgrupos de acordo com a data de eutanásia no dia 7, 15 ou 30 de pós-operatório.Dois animais apresentaram hematúria autolimitante no período de observação pós-operatória. Na necrópsia, notaram-se cristais frequentes e aderências entre bexiga e peritônio. Na avaliação histopatológica, animais do grupo T eutanasiados com 15 dias de pós-operatório apresentavam camadas vesicais desorganizadas e formação de musculatura inicial na bexiga, enquanto aqueles eutanasiados com 30 dias de cirurgia mostraram urotelização completa. O padrão de urotelização foi semelhante nos dois grupos. Além disso, a formação da camada muscular esteve presente em ambos os grupos, porém mais evidente nos animais do grupo S. No entanto, o infiltrado inflamatório bem como a neovascularização foram notavelmente mais intensos nos ratos do grupo T.Pode-se concluir que o enxerto de túnica albugínea bovina foi bem sucedido no reparo da vesícula urinária de ratos, demonstrando ser uma boa opção de biomaterial para cirurgias reconstrutivas da vesícula urinária.

Submitted by Carla Da Silveira E Oliveira Bronze (carla.bronze@unesp.br) on 2021-04-21T01:30:04Z No. of bitstreams: 1 DISSERTAÇÃO CARLA 21.pdf: 29668175 bytes, checksum: 4aac11a263fa50d8006262e1de88ae07 (MD5) Approved for entry into archive by Silvana Alvarez null (silvana@ict.unesp.br) on 2021-04-23T02:13:46Z (GMT) No. of bitstreams: 1 bronze_cso_me_sjc.pdf: 4779239 bytes, checksum: d69745768a5ad204ac98fe188342c5f3 (MD5) Made available in DSpace on 2021-04-23T02:13:46Z (GMT). No. of bitstreams: 1 bronze_cso_me_sjc.pdf: 4779239 bytes, checksum: d69745768a5ad204ac98fe188342c5f3 (MD5) Previous issue date: 2021-04-01 O cimento de aluminato de cálcio (CAC) tem se tornado um biomaterial de destaque para a neoformação óssea devido às suas propriedades físicas, mecânicas e biocompatibilidade, além de possuir coeficiente de expansão térmica similar ao osso humano. O objetivo neste trabalho foi avaliar o potencial de regeneração óssea de scaffolds à base de CAC, incorporados ou não com células mesenquimais (MSC) em defeitos ósseos realizados em fêmures de ratos. Foram produzidos 48 scaffolds de CAC e suas blendas fosfato tricálcico (FOSF), óxido de zinco (ZNO) e zircônia (ZIRC), sendo que metade destes foram incorporados com MSC. Vinte e três ratos Wistar foram utilizados, sendo 03 para isolamento das MSC e 20 para confecção de defeitos ósseos em ambos os fêmures. Estes, receberam scaffolds do mesmo material incorporados com MSC do lado esquerdo e não incorporados do lado direito (n=5); e foram eutanasiados 21 dias após o procedimento cirúrgico.Na análise dos scaffolds por microscopia eletrônica de varredura foram verificadas estruturas com poros abertos e interconectados, além de adesão celular em todos os grupos.Na análise histológica, foi observado que todos os grupos apresentaram trabéculas ósseas neoformadas, entremeadas por células da medula óssea e tecido conjuntivo. Na histomorfometria, para os scaffolds não incorporados com MSC, observou-se que o grupo ZIRC apresentou maior neoformação óssea e nos scaffolds incorporados com MSC, o grupo FOSF demonstrou melhores resultados, ambos exibindo diferença estatística para os demais grupos (p

Orientador: Antonio Santos Martins Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Ciências Médicas Resumo: A reconstrução de defeitos com grande perda óssea representa um desafio para as cirurgias reconstrutivas. Na reconstrução desses defeitos, é preciso criar condições para o estímulo da neoformação, impedindo o crescimento de tecido conjuntivo cicatricial para o interior do defeito ósseo, o que reduz a osteogênese. Para contornar esse problema, utilizam-se os procedimentos de cicatrização óssea guiada, ou aqueles relacionados a enxertia. Contudo, os enxertos quando autógenos têm o inconveniente de submeter o paciente a considerável desconforto e morbidade pós-cirúrgica e, quando homógenos ou xenógenos, podem desenvolver reação de rejeição. Para evitar esses inconvenientes, vem sendo preconizada a utilização de substitutos ósseos sintéticos. O polímero da mamona tem como principais vantagens a disponibilidade e baixo custo (sobretudo por ser de origem nacional), ausência de riscos de transmissão de doenças, ser biotolerável e osseointegrável. O presente estudo teve por objetivo avaliar a evolução e analisar os resultados experimentais em curto prazo, da utilização do polímero da mamona em forma de blocos pré-fabricados, como biomaterial alternativo para utilização nas reconstruções de falhas ósseas. Foram operados 15 ratos machos Wistar SPF albinos adultos, divididos em 3 grupos de 5 animais (grupos G1 , G2 e G3) com período de proservação de 30, 45 e 60 dias respectivamente. Foram criados defeitos nos fêmures dos animais com uma broca esférica de nº 8, removendo parcialmente osso cortical com motor de baixa rotação e abundantemente irrigado com solução salina. Nessa região foram fixados blocos de polímero vegetal (10 x 5 x 1 mm) com parafuso de titânio (1,5 x 8 mm). Após os procedimentos laboratoriais de preparo, as peças foram cortadas e coradas pelo método H.E. Os resultados indicaram biocompatibilidade óssea do polímero vegetal. Em nenhum dos períodos analisados houve reação de rejeição tipo corpo estranho, ocorrendo neoformação de tecido conjuntivo e osteocondróide na interface osso-prótese. Conclui-se, assim, que o polímero vegetal (PV) é um material de enxerto bioativo e osteocondutor, podendo ser considerado um substituto ósseo nacional alternativo facilmente disponível para ser utilizado com sucesso nas cirurgias que envolvem perdas ósseas. Pretendemos prosseguir esse estudo comparando-se a um grupo controle, com follow up maior Abstract: The reconstruction of great bone loss defects represents a challenge for reconstructive surgery. To reconstruct these defects it is necessary to create conditions to stimulate new bone formation, in order to block the connective healing tissue growth towards the bony defect, which blocks the osteogenesis. The autogenous grafts are inconvenient, because they submit the patient to considerable discomfort and post-operative morbidity. The heterogeneous and xenogenous grafts can also create rejection reaction. This study aimed to evaluate the progress and analyze the experimental results (in the short term), of the use of castor oil polymer in the form of prefabricated blocks, as an alternative biomaterial to reconstruct bone defects. We operated 15 male SPF Wistar albino rats adults, which were divided into 3 groups of 5 animals (groups G1, G2 and G3) with periods of follow up at 30, 45 and 60 days, respectively. Defects were created in the femurs of the animals with a burr, partially removing the cortical bone with low engine speed and abundantly irrigated with saline. In this region were fixed blocks of polymer plant (10 x 5 x 1 mm) with titanium screw (1,5 x 8 mm). After the laboratory procedures of preparation, the samples were counted and stained by HE. The results showed bone biocompatibility of the polymer implant. In none of the periods analyzed we observed inflammatory reaction or reaction foreign body, allowing the neoformation of connective tissue and osteo-chondroid at the bone-prosthesis interface. We conclude that the vegetal polymer is a bioactive and osteoconductive graft and can be considered a national bone substitute alternative, readily available to be successfully used in surgeries that involve bone loss. We intend to continue this study with a comparison to a control group, with longer follow up Mestrado Fisiopatologia Cirúrgica Mestre em Ciências

Orientador: Sara Teresinha Olalla Saad Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Ciências Médicas Resumo: A lesão cartilaginosa é um problema significante e crescente na área da saúde pública. A terapia com células-tronco adultas têm sido uma alternativa promissora e têm despertado muito interesse dos pesquisadores. As células-tronco mesenquimais derivadas do tecido adiposo são caracterizadas por serem uma população homogênea com morfologia fibroblástica, aderentes e com grande capacidade de proliferação, apresentarem positividade para marcadores celulares CD90+, CD105+, CD29+e CD73+ e por possuírem a capacidade de diferenciação em linhagens mesodérmicas tais como linhagem osteogênica condrogênica e adipogênica. Além da escolha da fonte celular é necessária a utilização de um biomaterial que mimetize um microambiente e que possa dar suporte para as células-tronco possibilitando a restauração do tecido e sua função. Sabe-se que a matriz extracelular da cartilagem hialina é composta pelas proteínas de colágeno, principalmente colágeno do tipo II que tem importância durante a diferenciação e manutenção da cartilagem. O biomaterial de hidrogel de colágeno do tipo II é capaz de dar suporte às células-tronco mesenquimais e permitir a diferenciação dessas células. Descrevemos um método para diferenciação condrogênica das células-tronco mesenquimais do tecido adiposo em um hidrogel de colágeno do tipo II, com o aumento da expressão dos genes relacionados com a formação da matriz extracelular da cartilagem (colágeno do tipo II e agrecana), e relacionado com o controle da diferenciação condrogênica (Sox-9) e o aumento do nível das proteínas glicosaminoglicanas na matriz extracelular. Experimentos em modelo animal para lesão cartilaginosa demonstram que as células-tronco mesenquimais do tecido adiposo e os hidrogéis de colágeno do tipo II são capazes de preencher lesões cartilaginosas e formar um tecido preenchido com células mesenquimais transplantadas. Dessa forma, esse estudo demonstra que hidrogéis de colágeno do tipo II apresentam características apropriadas para o uso em tratamentos para reparo cartilaginoso e que as células-tronco mesenquimais do tecido adiposo podem ser uma fonte alternativa para recuperação de lesões cartilaginosas Abstract: The cartilage injury is a significant and growing problem of public health. Therapies with adult stem cells have been a promising alternative and have attracted much interest from researchers. The mesenchymal stem cells derived from adipose tissue are characterized as being a homogeneous population with fibroblastic morphology, adherent and with great capacity for proliferation, positive for cell markers CD90 +, CD105 +, CD29 + and CD73 +. They also have the capacity to differentiate into mesoderm lineage such as osteogênica, adipogenic and chondrogenic. Besides the choice of cell source, it is necessary to use a biomaterial that mimics a microenvironment that can support and allow the stem cells to restore tissue and function. It is known that the extracellular matrix of hyaline cartilage is composed of the protein collagen, mainly type II collagen which is important for the differentiation and maintenance of cartilage tissue. The biomaterial collagen type II hydrogel is able to support the mesenchymal stem cells and allow the differentiation of these cells. We describe a method for chondrogenic differentiation of mesenchymal stem cells from adipose tissue in a collagen type II hydrogel, with increased expression of genes related to the formation of the extracellular matrix of cartilage (collagen type II and aggrecan), and Sox-9 (a gene related with the control of chondrogenic differentiation) and increased the level of glycosaminoglycans in the extracellular matrix proteins. Experiments in animal model for cartilage lesions show that mesenchymal stem cells from adipose tissue and collagen type II hydrogel are able to develop a cartilaginous-like tissue filled with transplanted mesenchymal stem cells. Thus, this study demonstrates that collagen type II hydrogel have characteristics suitable for use in treatments to repair cartilage and mesenchymal stem cells from adipose tissue may be an alternative source for recovery of cartilage lesions Mestrado Biologia Estrutural, Celular, Molecular e do Desenvolvimento Mestre em Ciências

Orientadores: William Dias Belangero, Vanessa Petrilli Bavaresco Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Ciências Médicas Resumo: Hidrogel de álcool de polivinil (PVA) foi utilizado como potencial reparador de defeitos osteocondrais da cartilagem articular. A citotoxicidade in vitro foi avaliada com células Vero e células-tronco mesenquimais da medula óssea de ratos Wistar-Kyoto. Para análise in vivo, os implantes foram colocados em defeitos produzidos nos joelhos de ratos Wistar. Após tempos de seguimento de 0, 3, 6, 12 e 24 semanas, as amostras foram analisadas por microscopia óptica convencional, ensaio mecânico de fluência à indentação, espectrometria de fluorescência raio X e microscopia eletrônica de varredura. Os resultados in vitro motraram que o hidrogel de PVA não afetou a atividade metabólica de ambas as células estudadas, nem tampouco a diferenciação osteogênica das células mesenquimais. Atividade da enzima fosfatase alcalina e formação de matriz mineralizada foram identificadas. O PVA implantado não apresentou sinais de desgastes ou qualquer mudança de aspecto quando comparado com o dia do implante. A interface do implante/tecido mostrou a formação e manutenção de tecido conjuntivo denso e osso recém-formado em todos os grupos estudados. Foi observado um aumento no módulo de fluência e concentração de cálcio e fósforo no PVA longo do tempo. O desempenho do higrogel de PVA irradiados e acetalizadas foi considerado satisfatório para a aplicação proposta Abstract: Irradiated and acetalized polyvinyl alcohol (PVA) hydrogel was investigated as a potential material for osteochondral defect repair in articular cartilage. The in vitro cytotoxicity of the material was evaluated with Vero cells and mesenchymal stem cells from bone marrow of Wistar-Kyoto rats. For in vivo analyses, plugs of the material were implanted into defects produced in the knees of male Wistar rats-WH. After follow-up times of 0, 3, 6, 12 and 24 weeks, the samples were analyzed by conventional optical and scanning electron microscopy, X-ray fluorescence spectrometry and submitted to mechanical testing of creep indentation. The in vitro results suggest that the PVA hydrogel did not affect the viability and morphology of any of the cell types studied. The hydrogel affected neither the metabolic activity of both studied cells nor the osteogenic differentiation of the mesenchymal cells. Activity of alkaline phosphatase and mineralized organic matrix formation could be identified. The implanted plugs showed no sign of wear or aspect change. The interface plug/tissue exhibited dense connective tissue and newly formed bone in all groups. It was observed an increase in the creep modulus and in the concentration of calcium and phosphorus in the PVA over time. The performance of the irradiated and acetalized PVA was considered satisfactory for the proposed application Mestrado Fisiopatologia Cirúrgica Mestre em Ciências

Orientadores: Cecília Amélia de Carvalho Zavaglia, Vanessa Petrilli Bavaresco Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica Resumo: Na área médica, para se desenvolver um dispositivo que funcione como implante, deve-se utilizar materiais que sejam compatíveis para funções específicas do corpo humano, e esses são classificados como biomateriais. Neste trabalho, foram determinados os parâmetros que serão aplicados ao laser de infravermelho (condutividade térmica do material, densidade do material e comprimento de onda do laser) utilizado na máquina de prototipagem rápida, a qual será usada para a fabricação do implante. Este implante será composto por um biomaterial polimérico a base de Polivinilalcool (PVAl) e, terá como objetivo a substituição da cartilagem articular mandibular. Estudos já avaliaram as propriedades mecânicas de hidrogéis poliméricos de PVAl mostrando sua aplicabilidade como reparadores da cartilagem articular em articulação de quadril, porém a articulação mandibular é submetida à aplicações de cargas superiores havendo a necessidade de melhoria de suas propriedades mecânica. A mistura física de dois ou mais polímeros é denominada blenda polimérica e seu objetivo é aperfeiçoar ou modificar as propriedades dos materiais adequando-as para uma aplicação específica. A literatura relata que PVAl e Polivinilpirrolidona (PVP) são polímeros miscíveis entre si e, quando não reticulados são solúveis em água. O PVP é um polímero amorfo e autolubrificante, e por isso, foi escolhido para melhorar as propriedades mecânicas do PVAl. Blendas nas composições de 90:10 de PVAl e PVP respectivamente, reticuladas via laser infravermelho utilizando concentração de 2,5% de termoiniciador cianovalérico foram caracterizadas via Espectroscopia do Infravermelho Médio, Calorimetria Exploratória Diferencial (DSC), Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) e Extração sol-gel. Através desses experimentos foram determinados os parâmetros do laser para posterior utilização na máquina de prototipagem rápida. Foi possível também realizar a cura do material através do laser de infravermelho. A cura foi confirmada através dos outros ensaios realizados Abstract: In the medical area to develop a device that functions as an implant, one should use materials that are compatible for specific functions of the human body, and these are classified as biomaterials. In this study, we determined the laser parameters that will be applied to the infrared laser (thermal conductivity, material density and wavelength of the laser) in rapid prototyping machine, which will be used to manufacture the implant. This implant is a polymeric biomaterial based on polyvinylalcool (PVAl) and will aim to replace the articular cartilage of the mandible. Studies have evaluated the mechanical properties of polymeric hydrogels PVAl showing its applicability as repairing articular cartilage in hip joint, but the mandibular joint is subjected to loads greater than applications having the need to improve their mechanical properties. The physical mixture of two or more polymers is called polymer blend and its goal is to improve or modify the properties of materials making them suitable for a specific application. The literature reports that PVAl and PVP polymers are miscible and, when not crosslinked, are soluble in water. PVP is an amorphous polymer and selflubricating, and therefore was chosen to improve the mechanical properties of PVAl. Blends in the compositions of 90:10 PVAl and PVP respectively, crosslinked using infrared concentration of 2.5% termoiniciador cianovaléric were characterized by mid-infrared spectroscopy, Differential Scanning Calorimetry (DSC), Scanning Electron Microscopy (SEM) and sol-gel fraction. Through these experiments were determined laser parameters for subsequent use in rapid prototyping machine. It was also possible to realize the cure of material through the infrared laser. The cure was confirmed by other tests Mestrado Materiais e Processos de Fabricação Mestre em Engenharia Mecânica

Orientadores: Cecília Amélia de Carvalho Zavaglia, Marcos Akira d'Ávila Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica Resumo: Este trabalho consiste na obtenção pelo método de eletrofiação, de microfibras poliméricas e microfibras reforçadas com nanopartículas de hidroxiapatita. Este método foi utilizado, pois propicia a produção de membranas microporosas que possuem um grande potencial de aplicação na área de engenharia tecidual, especificamente em aplicações para regeneração óssea. Este trabalho teve como objetivo principal produzir fibras poliméricas com a intenção de comparar suas características com o nanocompósito de fibras poliméricas e nanopartículas de hidroxiapatita como reforço. Trabalhou-se com o poli(L-ácido lático) (PLLA) e nanopartículas de hidroxiapatita (HA) produzidas pelo processo sol-gel. As fibras e os nanocompósitos foram caracterizados pelos seguintes métodos: microscopia eletrônica de varredura (MEV), análise termogravimétrica (TGA), calorimetria exploratória diferencial (DSC) e espectroscopia na região do infravermelho por transformada de Fourier (FTIR). As fibras obtidas apresentaram diâmetros na faixa de 1 a 10 micrômetros. O objetivo de produzir membranas a partir de soluções de PLLA e nanocompósito PLLA/HA por eletrofiação foi atingido Abstract: This work consists in obtaining polymeric microfibers and microfibers reinforced with nanoparticles of hydroxyapatite by the method of electrospinning. This method was used because it allows the production of microporous membranes that have great potential like application in tissue engineering, specifically in applications for bone regeneration. This work aimed to produce polymer fibers with the intention to compare their characteristics with the nanocomposite fibers with hydroxyapatite nanoparticles as reinforcement. The polymer used was poly (L-lactic acid) (PLLA) and nanoparticles of hydroxyapatite (HA) produced by the sol-gel process. The fibers and nanocomposites were characterized by the following methods: scanning electron microscopy (SEM), thermogravimetric analysis (TGA), differential scanning calorimetry (DSC), spectroscopy in the region of Fourier transform infrared (FTIR). The fibers obtained presented diameters in the range 1 to 10 micrometers. The goal of producing membranes from solutions of PLLA and nanocomposite PLLA / HA by electrospinning was reached Mestrado Materiais e Processos de Fabricação Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: Cecília Amélia de Carvalho Zavaglia Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica Resumo: A utilização de biomateriais para substituir, reparar tecidos e órgãos lesados dos seres humanos tem aumentado muito ultimamente devido a diversos fatores como o crescimento da população e a sua maior expectativa de vida. A engenharia tecidual é um campo interdisciplinar que integra princípios da biologia celular e molecular, química, genética, ciências dos materiais e engenharia biomédica, para produzir compósitos tridimensionais inovativos, capazes de substituir tecidos biológicos. O desenvolvimento de novo biomaterial pode ajudar a solucionar este problema, utilizando o método de evaporação de solvente. Este trabalho teve como objetivos: sintetizar e caracterizar o ß-TCP através do método via seca; desenvolver e caracterizar as membranas de poli ('epsilon'-caprolactona) densas e porosas (scaffolds) utilizando dois solventes; preparar e caracterizar os compósitos densos e porosos PCL/ß-TCP; fazer uma avaliação da biocompatibilidade in vitro desses materiais. As seguintes técnicas de caracterização foram utilizadas: MO, MEV, EDS, DRX, TGA,DSC, ensaios mecânicos de tração, teste de viabilidade celular e atividade de fosfatase alcalina. Foi também analisada a sua degradação hidrolitica em solução tampão fosfato (PBS). Essas técnicas foram adequadas para diferenciar as amostras preparadas com os dois solventes utilizados: clorofórmio e diclorometano. Os ensaios mostraram que o último forneceu amostras mais resistentes mecanicamente, mantendo as propriedades térmicas do PCL puro sem alterações, com a adição das partículas do ß-TCP. A biocompatibilidade foi analisada através das normas conhecidas (ASTM e ABNT) e foi possível concluir que os materiais confeccionados são biocompativeis e a atividade de fosfatase alcalina (ALP) favoreceu o crescimento celular na membrana porosa. As avaliações in vitro não mostraram mudanças significativas nas composições preparadas com o solvente clorofórmio. Os materiais estudados possuem um grande potencial para aplicação em substitutos do tecido ósseo Abstract: The use of biomaterials to replace, repair damaged tissues and organs of humans has greatly increased lately due to various factors such as population growth and greater life expectancy. Tissue engineering is an interdisciplinary field that incorporates principles of molecular and cellular biology, chemistry, genetics, materials science and biomedical engineering to produce innovative three-dimensional composites, capable of replacing tissue. The development of new biomaterial can help solutions this problem by using on whole of evaporation of solvent. This work aimed to synthesize and characterize the ß-TCP by the dry method; develop and characterize the membranes of poly ('épsilon'-caprolactone) porous and dense (scaffolds) using two solvents, to prepare and characterize the dense and porous PCL composites / ß-TCP, perform an evaluation of in vitro biocompatibility of these materials. The following characterization techniques were used: OM, SEM, EDS, XRD, TGA, DSC, mechanical testing, testing cell viability, alkaline phosphatase activity. We also analyzed its hydrolytic degradation in phosphate buffer solution (PBS). These techniques were adequate to differentiate the samples prepared with two solvents used, chloroform and dichloromethane. The tests showed that the samples provided last more mechanically resistant, keeping the thermal properties of pure PCL unchanged with the addition of particles of ß-TCP. The biocompatibility was determined by known standards (ASTM and ABNT) and we can conclude that the materials are biocompatible and made (ALP), promoted cell growth in the porous membrane. The in vitro evaluations showed no significant changes in the compositions prepared with the solvent chloroform. The materials studied have a great potential for application in bone tissue substitutes Mestrado Materiais e Processos de Fabricação Mestre em Engenharia Mecânica

Com o avanço de técnicas para a correção de defeitos ou perdas teciduais, busca-se a utilização de biomateriais que promovam o reparo com o mínimo de resposta inflamatória. Estudos anteriores realizados utilizaram diferentes meios de preparo e obtenção de cartilagens auriculares de bovinos, visando o uso como biomaterial. Entretanto, um dos grandes desafios relacionados ao uso dessas membranas, refere-se na ocorrência de reações imunogênicas indesejadas, no local de implantação. Este estudo objetivou caracterizar as propriedades físico-químicas, microestruturais e histológicas de cartilagens auriculares de bovinos tratadas em solução alcalina e sua biocompatibilidade in vivo. Para tanto, foram realizadas análises físico-químicas para a caracterização deste material. As análises térmicas realizadas, Termogravimetria (TGA) e a Calorimetria Exploratória Diferencial (DSC), verificaram as possíveis alterações do material frente as variações de temperatura em que foi submetido. As curvas da TGA demonstraram a variação da massa de cartilagens elásticas tratadas e não tratadas em função da temperatura e na DSC foi avaliado a temperatura de desnaturação do colágeno das amostras de cartilagem. As análises demonstraram que a cartilagem tratada apresentou características físico-químicas similares a cartilagem não tratada. Nas avaliações microestruturais, foi realizado a Microtomografia computadorizada 2D e 3D e a Microscopia de scanner a laser confocal. Na Micro-Ct bidimensional evidenciou que a região da cartilagem apresentou maior densidade em relação ao pericôndrio, e o tratamento alcalino foi efetivo na descelularização, pela presença de lacunas observadas na matriz extracelular entremeadas a estrutura do colágeno. A Micro-Ct tridimensional demonstrou que a cartilagem apresenta menor porosidade e poros com maior diâmetro e na Microscopia de scanner a laser notou-se que a cartilagem tratada apresenta uma rugosidade considerável, fatores que podem contribuir com a proliferação e adesão celular. Neste estudo também foram feitos o processamento histológico da cartilagem, demonstrando que o tratamento alcalino promoveu a descelularização tecidual, com a manutenção da arquitetura da matriz extracelular e da estrutura das fibras elásticas e de colágeno. Concluiu-se que o tratamento alcalino foi eficiente para promover a descelularização na cartilagem elástica. A última etapa do estudo consistiu em avaliar a biocompatibilidade in vivo de implantes de cartilagens elásticas tratadas com solução alcalina (CA) comparadas a tela de polipropileno (TP) em coelhos. Foi verificado que o grupo (CA) apresentou processo inflamatório menos intenso que o grupo (TP), no qual foi observado a formação de cápsula fibrosa ao redor dos implantes. Notou-se no grupo (CA) a presença de calcificação promovida pela osteoindução de osteoblastos em decorrência do processamento alcalino, o que pode ser considerado um viés de interesse para estudos posteriores, envolvendo a regeneração de tecidos ósseos, em que a aplicabilidade de tipo celular observado é viável. With the advancement of techniques for the correction of tissue defects or losses, the use of biomaterials that promote repair with a minimum of inflammatory response is sought. Previous studies carried out used different means of preparing and obtaining elastic bovine cartilage, aiming at the use as biomaterial. However, one of the major challenges related to the use of these membranes, refers to the occurrence of unwanted immunogenic reactions at the implantation site. This study aimed to characterize the physical-chemical, microstructural and histological properties of elastic bovine cartilages treated in alkaline solution and their biocompatibility in vivo. Therefore, physical-chemical analyzes were carried out to characterize this material. The thermal analyzes performed, Thermogravimetry (TGA) and Differential Exploratory Calorimetry (DSC), verified the possible changes in the material in view of the temperature variations in which it was submitted. The TGA curves showed the variation in the mass of treated and untreated auricular cartilages as a function of temperature and in the DSC the temperature of the collagen denaturation of the cartilage samples was evaluated. The analyzes showed that the treated cartilage had physicochemical characteristics similar to untreated cartilage. In the microstructural evaluations, 2D and 3D computed microtomography and confocal laser scanner microscopy were performed. Two-dimensional Micro-Ct showed that the cartilage region showed higher density in relation to the perichondrium, and the alkaline treatment was effective in decellularization, due to the presence of gaps observed in the extracellular matrix interspersed with the collagen structure. The three-dimensional Micro-Ct showed that the cartilage has less porosity and pores with a larger diameter and in the laser scanner microscopy it was noted that the treated cartilage has considerable roughness, factors that can contribute to cell proliferation and adhesion. In this study, histological processing of cartilage was also performed, demonstrating that the alkaline treatment promoted tissue decellularization, with the maintenance of the architecture of the extracellular matrix and the structure of elastic and collagen fibers. It was concluded that the alkaline treatment was efficient to promote decellularization in the auricular cartilage. The last stage of the study consisted of evaluating the in vivo biocompatibility of elastic cartilage implants treated with alkaline solution (CA) compared to polypropylene (TP) mesh in rabbits. It was found that the group (CA) had a less intense inflammatory process than the group (TP), in which the formation of a fibrous capsule around the implants was observed. It was noted in the group (CA) the presence of calcification promoted by osteoinduction of osteoblasts due to alkaline processing, which can be considered a bias of interest for further studies, involving the regeneration of bone tissues, in which the cell-type applicability observed is feasible. Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES

Submitted by Elisa Camargo Kukulka (elisa.c.kukulka@unesp.br) on 2021-05-24T21:36:02Z No. of bitstreams: 2 Defesa 04.03.2021 Dissertação com ficha catalográfica.pdf: 3751231 bytes, checksum: 7c53b7601144ad059557f93207c8f26b (MD5) Termo sigilo.pdf: 114895 bytes, checksum: 1e5312e506e66c394d6267776e94f2e5 (MD5) Approved for entry into archive by Silvana Alvarez null (silvana@ict.unesp.br) on 2021-05-27T23:01:27Z (GMT) No. of bitstreams: 3 kukulka_ec_me_sjc_int.pdf: 3751231 bytes, checksum: 7c53b7601144ad059557f93207c8f26b (MD5) kukulka.ec.me.sjc.par.pdf: 202531 bytes, checksum: 05661f0c1049a512932a7312e774e255 (MD5) kukulka_ec_termodesigilo_sjc.pdf: 103794 bytes, checksum: ee5d65cc541da41e97330f05039a473b (MD5) Made available in DSpace on 2021-05-27T23:01:28Z (GMT). No. of bitstreams: 3 kukulka_ec_me_sjc_int.pdf: 3751231 bytes, checksum: 7c53b7601144ad059557f93207c8f26b (MD5) kukulka.ec.me.sjc.par.pdf: 202531 bytes, checksum: 05661f0c1049a512932a7312e774e255 (MD5) kukulka_ec_termodesigilo_sjc.pdf: 103794 bytes, checksum: ee5d65cc541da41e97330f05039a473b (MD5) Previous issue date: 2021-03-04 Outra O objetivo do estudo foi sintetizar e caracterizar fibras ultrafinas de policaprolactona (PCL) associadas a um novo biovidro 58S em duas diferentes rotas de produção, produzidas pelo processo de eletrofiação a fim de selecionar a melhor rota para a incorporação de íons terapêuticos e avaliar as diferenças entre as rotas e a influência dos íons. Soluções de PCL puro 20% e contendo 7% de biovidros dopados (10% Mg(NO3)2 e 5% Li2CO3), separadamente, foram submetidas ao processo de eletrofiação, onde foram utilizados três parâmetros fixos: 2 mLh-1 de razão de fluxo, 10 kV de voltagem e 12 cm de distância. As fibras obtidas foram caracterizadas morfológica (MEV, análise do diâmetro das fibras e análise da molhabilidade), química (EDS, DRX, FTIR e Raman) e biologicamente (viabilidade celular, conteúdo de proteína total, fosfatase alcalina e formação de nódulos de mineralização). Os resultados obtidos mostraram que a melhor rota foi a sol- gel precipitado, que foram dopados com íons terapêuticos (10% Mg(NO3)2 e 5% Li2CO3). Foi observada a aplicabilidade da referida metodologia em confeccionar um biomaterial aprimorado, que agregando as propriedades osteoindutoras do biovidro ao PCL e às dos íons terapêuticos, aplicável à regeneração óssea guiada apresentando respostas físicas, químicas e biológicas favoráveis ao comportamento celular. The aim of the study was to synthesize and characterize ultrafine polycaprolactone fibers (PCL) associated with a new 58S bioglass in two different production routes, produced by the electrospinning process in order to select the best route for the incorporation of therapeutic ions and differences as a difference between the routes and the influence of the ions. Solutions of pure PCL 20% and containing 7% doped bio-glass (10% Mg (NO3) 2 and 5% Li2CO3), requirements, were submitted to the electrospinning process, where three fixed parameters were used: 2 mLh-1 flow, 10 kV voltage and 12 cm distance. The curved fibers were characterized morphological (SEM, fiber diameter analysis and wettability analysis), chemical (EDS, DRX, FTIR and Raman) and biologically (cell viability, total protein content, alkaline phosphatase and formation of mineralization nodules). The results sought that the best route for a precipitated sol-gel, which were doped with therapeutic ions (10% Mg (NO3) 2 and 5% Li2CO3). It was observed the applicability of the methodology in making an improved biomaterial, which adding the osteoinductive properties of the bioglass to the PCL and those of the therapeutic ions, applicable to guided bone regeneration presenting physical, chemical and biological responses favorable to the cellular behavior. 88882.434243/2019-01

Submitted by Mariana Correa Rossi (mariana.rossi@unesp.br) on 2021-04-29T12:52:18Z No. of bitstreams: 1 TESE_MARIANA CORREA ROSSI_2021.pdf: 5244248 bytes, checksum: bafd6bb8b9be0bc29962ced3eb441ec6 (MD5) Approved for entry into archive by ROSANGELA APARECIDA LOBO null (rosangelalobo@btu.unesp.br) on 2021-05-07T19:21:04Z (GMT) No. of bitstreams: 1 rossi_mc_dr_bot_par.pdf: 801010 bytes, checksum: 9fd934bdd1e60ec7380c81867c745de6 (MD5) Made available in DSpace on 2021-05-07T19:21:04Z (GMT). No. of bitstreams: 1 rossi_mc_dr_bot_par.pdf: 801010 bytes, checksum: 9fd934bdd1e60ec7380c81867c745de6 (MD5) Previous issue date: 2021-03-01 Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) A maioria dos materiais metálicos comercializados apresentam determinadas inconveniências, como toxicidade e módulo elástico distante com a do tecido ósseo. Estas características promovem diminuição da longevidade destes dispositivos quando implantados e podem levar a distúrbios respiratórios e neurológicos dependendo dos componentes presentes. Dessa maneira, materiais que utilizem elementos como Nb (estabilizador β) e Sn (elemento neutro), em ligas de titânio são estudados a fim de se conseguir características mais adequadas, pelo aumento da fase β e diminuição do módulo elástico. O objetivo foi a obtenção da liga de Ti-34Nb-6Sn, pela metalurgia do pó, e suas caracterizações físicas, químicas, mecânicas e biológicas. No processo foi adicionado um espaçador, Mg, a fim de conferir porosidade à liga. Foram realizadas sinterizações a 700ºC, 800ºC e 900ºC. A caracterização física foi feita por difratometria de raios X (DRX), microscopia eletrônica de varredura (MEV), análise composicional semi-quantitativa por energia dispersiva de raios X (EDX) e análise da molhabilidade por medidas dinâmicas de ângulo de contato. As características mecânicas como o módulo elástico, resistência a compressão e dureza de Vickers foram estudadas. A susceptibilidade à corrosão foi estudada pelo método eletroquímico em solução HANK e Fusayama que simula o fluído corpóreo e saliva. Nos ensaios biológicos, foram utilizadas as células tronco mesenquimais derivadas da medula óssea (MOCTMs) de eqüinos. Foram realizadas análises de citotoxicidade com os corpos de prova, bem como as análises do potencial de migração e diferenciação celular. Na presença de Nb e Sn, o material se torna mais rico em fase β à medida que se aumenta a temperatura de sinterização. Com o Mg, observou-se maior resistência a transformação alotrópica α→β, obtendo-se materiais com menor teor em fase β que aquele sem Mg. A porosidade foi maior para os materiais com Mg, assim como a molhabilidade superficial. O módulo elástico e a dureza foram menores para os materiais com Mg e quanto menor a temperatura de sinterização, mais próximos são do tecido ósseo. Já a resistência mecânica foi maior para a liga sem Mg. A liga sinterizada com Mg à 800ºC se mostrou mais resistente a corrosão comparada com a liga sem Mg. Ambos os materiais apresentaram boa biocompatibilidade, quando em contato com as MOCTMs, com capacidade de adesão na superfície e no interior dos poros. Além disso, as MOCTMs apresentaram processo de diferenciação osteogênica acentuada quando alimentada com o meio condicionado com a liga, possivelmente pela liberação de Mg no meio de cultivo. Após 24 horas, pelo ensaio de migração celular, as células que tiveram contato com a liga com Mg apresentaram um processo direcional significativo de migração comparado com o grupo controle. Most of the commercialized metallic materials have certain inconveniences, such as toxicity and discrepant elastic modulus compared to bone tissue. These characteristics promote a decrease in the longevity of them when implanted and can lead to respiratory and neurological disorders depending on the components present. In this way, materials that use elements such as Nb (stabilizer β) and Sn (neutral element), in titanium alloys are studied in order to achieve more appropriate characteristics, by increasing the β phase and decreasing the elastic modulus. The objective was to obtain the Ti-34Nb-6Sn alloy, by powder metallurgy, and its physical, chemical, mechanical and biological characterizations. In the process, a spacer, Mg, was added in order to impart porosity to the alloy. Sintering was carried out at 700ºC, 800ºC and 900ºC. The physical characterization was made by X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), semi-quantitative compositional analysis by X-ray dispersive energy (EDS) and analysis of wettability by dynamic contact angle measurements. The mechanical characteristics such as the elastic modulus, compressive strength and Vickers hardness were studied. The corrosion susceptibility was studied by the electrochemical method in HANK and Fusayama solution that simulates the body fluid and saliva. In biological assays, bone marrow-derived mesenchymal stem cells (BMMSCs) from horses were used. Cytotoxicity analyzes were performed with the specimens, as well as analyzes of the potential for cell migration and differentiation. In the presence of Nb and Sn, the material becomes richer in the β phase as the sintering temperature increases. With Mg, greater resistance to α → β allotropic transformation was observed, obtaining materials with lower β phase content than that without Mg. The porosity was higher for the materials with Mg, as well as the surface wettability. The elastic modulus and hardness were lower for the materials with Mg and the lower the sintering temperature and closer to bone tissue. The mechanical strength was higher for the alloy without Mg. The alloy sintered with Mg at 800ºC was more resistant to corrosion compared to the alloy without Mg. Both materials showed good biocompatibility when in contact with BMMSCs, with the ability to adhere to the surface and inside the pores. In addition, BMMSCs showed a marked osteogenic differentiation process when fed with the conditioned medium with the alloy, possibly due to the release of Mg in the culture medium. After 24 hours, through the cell migration test, cells that had contact with the alloy with Mg showed a significant directional migration process compared to the control group. FAPESP: 2017/13876-2

CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior Para viabilizar o uso do magnésio em implantes bioabsorvíveis, faz-se necessário reduzir a taxa de corrosão desse material. Visando melhorar essas características são realizados estudos em duas frentes de trabalho, o desenvolvimento de novos compósitos de magnésio e o uso de diferentes técnicas de processamento, como os processamentos por deformação plástica severa, SPD (Severe Plastic Deformation). O objetivo deste trabalho é estudar o efeito do processamento por torção sob alta pressão, High Pressure Torsion (HPT) na resistência à corrosão do magnésio puro, de algumas ligas comerciais e compósitos a base de magnésio em fluido corporal sintético HBSS (Hank’s Balanced Salt Solution). Para isso, amostras de magnésio comercialmente puro, ligas AZ31, AZ91, ZK60 e compósito de Mg e hidroxiapatita (MgHA) foram processados por deformação plástica severa por HPT. A resistência à corrosão foi estudada por meio de ensaios eletroquímicos de polarização potenciodinâmica anódica, EIE (Espectroscopia de Impedância Eletroquímica) e ensaios de evolução de hidrogênio. A caracterização dos óxidos formados na superfície das amostras e o estudo dos aspectos morfológicos do processo corrosivo foram realizados por MEV (Microscopia Eletrônica de Varredura) em conjunto com EDS (Energy Dispersive X-ray Spectroscopy). Para avaliação da citotoxicidade, foi utilizado o teste MTT (3-(4,5-dimetiltiazol-2yl)-2,5difenil brometo de tetrazolina). Em solução HBSS, o Mg e as ligas Mg-Al-Zn apresentaram comportamento passivo. O processamento por HPT reduziu a densidade de corrente de passivação do Mg. Os testes de impedância eletroquímica no potencial de circuito aberto indicaram maior resistência à corrosão da liga AZ91. O processamento por HPT aumentou a resistência à corrosão do Mg e da liga AZ31. O compósito MgHA HPT apresentou maior potencial de corrosão em solução HBSS que o Mg HPT, porém, teve uma corrosão generalizada com maior corrente de corrosão. Os resultados de espectroscopia de impedância eletroquímica indicaram maior impedância para o Mg processado por HPT em relação ao compósito MgHA HPT, logo após a estabilização do OCP, e mecanismos diferentes. O compósito apresentou um comportamento indutivo a baixas frequências indicando adsorção de espécies em sua superfície ou corrosão por pite. Os testes de evolução de hidrogênio indicaram um retardo do pico de perda de massa para o compósito MgHA HPT o que é benéfico para a utilização do compósito como implante, apesar do compósito ter apresentado maior perda de massa em relação magnésio. Foi observada a presença de hidroxiapatita na superfície do compósito após imersão em solução HBSS com o aumento da rugosidade da amostra após 60 h de imersão. O depósito de hidroxiapatita apresentou trincas e desplacamento com o tempo de imersão. A alta viabilidade celular demonstrada no ensaio de avaliação do comportamento biológico indica que a corrosão da amostra pelo meio de cultura não resultou em produtos citotóxicos. A utilização do HPT em amostras de Mg e suas ligas e para consolidar compósitos é de grande importância no estudo e desenvolvimento de novos materiais bioativos. A avaliação da resistência à corrosão desses materiais em testes invitro em meio HBSS mostrou que em determinadas condições o processamento pode aumentar a resistência à corrosão e modificar o mecanismo de corrosão. To enable the use of magnesium in bioabsorbable implants, it is necessary to reduce the corrosion rate of this material. To improve these characteristics, studies are carried out on two work fronts, the development of new magnesium composites and the use of different processing techniques, such as the processing by severe plastic deformation, SPD (Severe Plastic Deformation). The objective of this work is to study the effect of High Pressure Torsion (HPT) on the corrosion resistance of pure magnesium, of some commercial Mg alloys and magnesium-based composites in HBSS (Hank's Balanced Salt Solution) synthetic body fluid. For this, samples of commercially pure magnesium, AZ31, AZ91, ZK60 alloys and composite of Mg with hydroxyapatite (MgHA) were processed by HPT. Corrosion resistance was studied by using electrochemical tests of anodic potentiodynamic polarization, EIS (Electrochemical Impedance Spectroscopy) and hydrogen evolution tests. The characterization of the oxides formed on the surface of the samples and the study of the morphological aspects of the corrosive process were carried out by SEM (Scanning Electron Microscopy) in conjunction with EDS (Energy Dispersive Xray Spectroscopy). To evaluate cytotoxicity, the MTT test (3- (4,5-dimethylthiazol2yl) -2,5 diphenyl tetrazoline bromide) was used. In Hank's solution, Mg and MgAl-Zn alloys showed passive behavior. HPT processing reduced the Mg passivation current density. Electrochemical impedance tests on the open circuit potential indicated greater resistance to corrosion of the AZ91 alloy. HPT processing increased the corrosion resistance of Mg and AZ31 alloy. The MgHA HPT composite showed greater corrosion potential in HBSS solution than Mg HPT, however, it had a generalized corrosion with a higher corrosion current. The results of electrochemical impedance spectroscopy indicated higher impedance for Mg processed by HPT in relation to the MgHA HPT composite, soon after the OCP stabilization, and different mechanisms. The composite showed an inductive behavior at low frequencies indicating adsorption of species on its surface or pitting corrosion. The hydrogen evolution tests indicated a delay in the peak of mass loss for the MgHA HPT composite, which is beneficial for the use of the composite as an implant, although the composite has presented a greater loss of mass in relation to magnesium. The presence of hydroxyapatite on the surface of the composite was 8 observed after immersion in HBSS solution with increased sample roughness after 60 h of immersion. The hydroxyapatite deposit showed cracks and detachment with time of immersion. The high cell viability demonstrated in the biological behavior assessment test indicates that the corrosion of the sample by the culture medium did not result in cytotoxic products. The use of HPT in samples of Mg and its alloys and to consolidate composites is of great importance in the study and development of new bioactive materials. The evaluation of the corrosion resistance of these materials in invitro tests in HBSS environment showed that under certain conditions the processing can increase the corrosion resistance and modify the corrosion mechanism.

Submitted by Ariadne Rein (ariadne.rein@unesp.br) on 2021-03-31T12:58:13Z No. of bitstreams: 1 Dissertação_Ariadne_Rein.pdf: 2680177 bytes, checksum: 0c186e7bd1b643908e946ef637528364 (MD5) Rejected by Adriana Cristina Damato (adriana.damato@unesp.br), reason: Solicitamos que realize correções na submissão seguindo as orientações abaixo: 1-Na Ficha Catalográfica, as palavras chave devem ser inseridas com a primeira letra de cada palavra maiúscula, a menos que a palavra chave for composta por mais de uma palavra, nesse caso somente a primeira letra da palavra composta será grafada maiúscula. Ex: Cirurugia veterinária Agradecemos a compreensão. on 2021-04-05T19:31:12Z (GMT) Submitted by Ariadne Rein (ariadne.rein@unesp.br) on 2021-04-05T21:01:46Z No. of bitstreams: 1 Dissertação_Ariadne_Rein.pdf: 2757984 bytes, checksum: 8b00e26e7ebf122801f506e1d549df45 (MD5) Approved for entry into archive by Adriana Cristina Damato (adriana.damato@unesp.br) on 2021-04-06T23:25:04Z (GMT) No. of bitstreams: 1 rein_a_me_jabo.pdf: 2757984 bytes, checksum: 8b00e26e7ebf122801f506e1d549df45 (MD5) Made available in DSpace on 2021-04-06T23:25:04Z (GMT). No. of bitstreams: 1 rein_a_me_jabo.pdf: 2757984 bytes, checksum: 8b00e26e7ebf122801f506e1d549df45 (MD5) Previous issue date: 2021-02-22 Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) Objetivos: Avaliar o uso da copoliamida associada à elastômero termoplástico (PCTPE) em próteses impressas em 3D para reparação de defeitos parciais da traqueia de coelhos associada ao enxerto autólogo de omento maior para auxiliar na regeneração tecidual. Metodologia: Foram utilizados 32 coelhos machos da raça Nova Zelândia Branco, submetidos à criação de um defeito parcial de traqueia na região ventral do 4º ao 8º anel traqueal. Os animais foram distribuídos em dois grupos com 16 animais cada: GI (grupo com implante) e GII (grupo com implante e enxerto autólogo de omento maior). Cada grupo foi subdividido (n=4) de acordo com o momento das eutanásias, programadas com intervalo de sete (GI7 e GII7), quinze (GI15 e GII15), trinta (GI30 e GII30) e sessenta dias (GI60 e GII60). Resultados: Um animal do GI60 veio a óbito. Até os 60 dias de avaliação sugere-se que não ocorreu a reepitelização da traqueia devido à presença de secreção intraluminal visibilizada por meio da traqueoscopia em ambos os grupos sem diferença significativa (p>0,05), entretanto existiram indicadores positivos da interação implante-traqueia como visibilização de pontos de sutura, presença de tecido recobrindo a prótese e alterações clínicas pouco presentes e importantes. Por estes motivos o PCTPE mostrou resultados promissores para reconstrução de defeitos parciais da traqueia em coelhos. O enxerto de omento não apresentou resultados satisfatórios no presente estudo, pois o GII apresentou complicações como exacerbação da inflamação possivelmente pela necrose e consequente perpetuação de infeção no local. Objectives: Evaluating the use of copolyamide associated with thermoplastic elastomer (PCTPE) in 3D printed prostheses used to repair partial defects in the trachea of rabbits and comparing the tissue regeneration when associated with autologous greater omental graft. Methodology: 32 male New Zealand White rabbits were submitted to the induction of a partial defect in the ventral region from the 4th to the 8th tracheal rings. The animals were divided into two groups of 16: GI (group with implant) and GII (group with implant and greater omentum graft). Each group was subdivided (n=4) according to the time of euthanasia, scheduled with an interval of seven (GI7 and GII7), fifteen (GI15 and GII15), thirty (GI30 and GII30) and sixty days (GI60 and GII60). Results: One animal from GI60 has died. Up to the 60 days of evaluation, it was suggested that the tracheal reepithelization did not occur due to the presence of intraluminal secretion visualized by tracheoscopy in both groups without significant difference (p>0,05), however there were some positive indicators of the implant-trachea interaction visualized by the sutures, presence of tissue covering the prosthesis and little present and important clinical changes. For these reasons, the PCTPE showed promising results for the reconstruction of partial defects of the trachea in rabbits. The greater omentum graft has not present satisfactory results in the present study, because GII has presented complications such as exacerbation of inflammation, which is suggested due to the necrosis and the consequent perpetuation of infection at the site. 001

Desenvolver estruturas de polissacarídeos estáveis com propriedades bioquímicas e biomecânicas semelhantes à matriz extracelular (MEC) é um dos grandes objetivos da engenharia de tecidual e medicina regenerativa. Os biomateriais utilizados em dispositivos médicos necessitam apresentar compatibilidade com diversos meios biológicos, sem provocar reações adversas como rejeição e falha dos mesmos. Elevar a biocompatibilidade de materiais convencionais através de modificação de superfície tem se mostrado um método eficaz de melhorar a interação com células e componentes do sangue, por exemplo. Este trabalho relata uma nova classe de revestimentos de superfície com a finalidade de aumentar a biocompatibilidade e resposta celular usando multicamadas de polieletrólitos automontados (PEMs) com um derivado de tanino catiônico (tanfloc) e glicosaminoglicanos (condroitina sulfato ou heparina), por esses polieletrólitos apresentarem estruturas químicas semelhantes às encontradas na MEC. A construção dos PEMs foi monitorada por Ressonância Plasmônica de Superfície in situ com Transformada de Fourier (FT-SPR). As propriedades de superfície foram avaliadas por Espectroscopia de Fotoelétrons Excitados por Raios X (XPS), Espectroscopia de Força Atômica (AFM) e medidas de ângulo de contato. Foram realizados ensaios in vitro de células e com componentes do sangue humano para avaliar o desempenho dos materiais no meio biológico. A resposta de células-tronco derivadas de tecido adiposo humano (ADSCs) foi avaliada através de ensaios de citocompatibilidade, adesão e proliferação de células usando microscopia de fluorescência. Já os ensaios de hemocompatibilidade foram realizados através de adsorção de proteínas séricas, adesão e ativação plaquetária, como também ensaios de coagulação do sangue total, pelas técnicas de XPS, microscopia eletrônica de varredura (MEV) e Espectroscopia no Ultravioleta Visível (UV-vis). Os PEMs se mostraram citocompatíveis, promovendo adesão e proliferação celular na superfície dos biomateriais. Os ensaios com sangue apontam para o alto potencial de desenvolver materiais hemocompatíveis através de derivados de taninos. Particularidades na estrutura química do tanfloc foram sinalizadas como cruciais no controle de adsorção de proteínas do sangue, como fibrinogênio, criando um efeito antiplaquetário na superfície dos materiais. A associação entre os componentes do biomaterial com células e moléculas bioativas chaves em processos biológicos importantes na reconstrução de grandes perdas teciduais destaca o potencial dos materiais. Essas são características fundamentais para revestimentos biocompatíveis em aplicações na engenharia tecidual e dispositivos médicos. Developing stable polysaccharide structures with biochemical and biomechanical properties similar to the extracellular matrix (MEC) is one of the major goals of tissue engineering and regenerative medicine. Biomaterials used in medical devices need to be compatible with different biological media, without causing adverse reactions such as rejection and failure. Increasing the biocompatibility of conventional materials through surface modification has been shown to be an effective method for improving interaction with cells and blood components, for example. This work reports a new class of surface coatings for the purpose of enhancing biocompatibility and cellular response using multilayer self-assembled polyelectrolytes (PEMs) with a derivative of cationic tannin (tanfloc) and glycosaminoglycans (chondroitin sulfate or heparin) because they exhibit similar chemical structures to the ones found in the ECM. The construction of polyelectrolyte multilayers was monitored by Fourier Transform Surface Plasmon Resonance (FT-SPR). The surface properties were assessed by X-ray Excited Photoelectron Spectroscopy (XPS), Atomic Force Spectroscopy (AFM) and contact angle measurements. The response of human adipose-derived stem cells (ADSCs) was evaluated in vitro through cytocompatibility assays, adhesion and proliferation of the cells using fluorescence microscopy. For the hemocompatibility assays, the adsorption of key serum proteins, adhesion and platelet activation, as well as whole blood coagulation assays were monitored by XPS, scanning electron microscopy (SEM) and visible ultraviolet (UV-vis) spectroscopy. The interactions of ADSCs with these new biomaterial surfaces demonstrate that these surface coatings exhibit good cytocompatibility and that they promote cell attachment and proliferation. Blood tests point to the high potential of developing hemocompatible materials through tannin derivatives. Particularities in the chemical structure of tanfloc were signaled as crucial in the control of blood protein adsorption, such as fibrinogen, creating an antiplatelet effect on the material’s surface. The association between biomaterial components, cells and key bioactive molecules in biological processes important in the reconstruction of large tissue losses highlights the great potential of materials. These characteristics are very desirable for biocompatible coatings for applications such as tissue engineering scaffolds and medical devices.

Poly(3-hydroxybutyrate) (PHB) has been proposed to be a potential candidate to be used as biomaterial. However, its poor processability, high brittleness and rigidity have limited its applicability. Transesterification reactions with poly(e-caprolactone) (PCL), one of the most promising biomedical materials, emerge as an attractive alternative to improve its mechanical properties. In this work, poly(3-hydroxybutyrate-b-e-caprolactone) (PHB-b-PCL) was prepared straightforwardly by transesterification of the parent homopolymers by reactive extrusion in the presence of stannous octanoate. After purification by solvent fractionation, PHB-b-PCL was characterized by differential scanning calorimetry (DSC), Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) and nuclear magnetic resonance spectroscopy of carbon (13C NMR) and hydrogen (1H NMR) and, subsequently, submitted to electrospinning. The results indicate that PHB was modified, showing lower crystallinity as compared to the original homopolymers. The electrospun mats are tough and flexible and analysis by scanning electron microscopy indicates the formation of uniformly smooth morphology with average fiber diameter of 900-1200 nm and voids in the range between a few microns up to a few tens of microns, suitable for cell diffusion in biomedical applications.

O ácido polilático (PLA) é um biomaterial com diversas aplicações biomédicas e tem se destacado como um arcabouço promissor na engenharia de tecidos principalmente devido à sua biocompatibilidade, fácil manipulação e baixo custo. O laser de baixa intensidade (LBI) tem se mostrado uma ferramenta útil para promover a bioestimulação in vitro de vários tipos celulares. O objetivo deste estudo foi avaliar o efeito da fotobiomodulação com LBI na viabilidade e proliferação de células-tronco do ligamento periodontal humano (hPDLSC) cultivadas em arcabouços de PLA. Filmes de PLA foram produzidos e a topografia da superfície foi avaliada por microscopia eletrônica de varredura (MEV) e microscopia de força atômica (AFM). As hPDLSC foram isoladas, caracterizadas e cultivadas nos filmes de PLA e os espécimes foram divididos em dois grupos: Controle – não irradiado; e Laser – submetido à irradiação com laser diodo (InGaAIP) com comprimento de onda de 660 nm, potência de 30 mW, e dose única de 1 J/cm², de modo contínuo. As análises de viabilidade celular foram realizadas 24 e 48 horas após a irradiação através do ensaio bioquímico Alamar Blue e do ensaio Live/Dead. Os eventos do ciclo celular foram avaliados por citometria de fluxo e a morfologia da interação célula-biomaterial foi avaliada por MEV. Os filmes produzidos exibiram uma superfície plana e regular, com presença eventual de pequenos poros e rugosidade média de 59,381 nm. Os resultados do ensaio Alamar Blue mostraram uma maior atividade metabólica celular no grupo irradiado em relação ao controle em 24 (p

Dissertação de mestrado em Técnicas de Caracterização e Análise Química, Uma ferida cutânea se não for devidamente tratada pode incorrer numa ferida crónica suscetível a infeções generalizadas, as quais podem resultar na morte do paciente. Atualmente, a engenharia de tecidos é descrita como um campo interdisciplinar que combina princípios de engenharia, química e biologia para gerar soluções que permitam reparar, restaurar e/ou melhorar as funções de tecidos lesados. No mesmo sentido, a área têxtil aborda soluções com base em fibras poliméricas, produzidas a partir de uma vasta gama de polímeros, que permitem gerar estruturas com uma grande área superficial, porosidade e resistência mecânica passivas de serem utilizadas como pensos bioativos que promovam uma atividade cicatrizadora e antimicrobiana eficiente. Os péptidos com atividade antimicrobiana (AMPs) têm despertado muita atenção pela possibilidade de serem uma alternativa promissora aos antibióticos, na busca de agentes mais eficazes contra as bactérias, evitando que estas desenvolvam resistência e por ser possível a sua síntese e manipulação para serem aplicados como o elemento biomédico nos pensos bioativos. Este projeto resulta da colaboração entre o Departamento de Química e o Centro de Ciência e Tecnologia Têxtil (2C2T), e visa a síntese dos AMPs Peptaibolin e Tiger 17, através de metodologias de síntese em fase sólida assistida por micro-ondas, a sua caracterização química, estrutural e antimicrobiana, e posterior imobilização em estruturas nanofibrosas poliméricas produzidas por eletrospinning. Para atingir este objetivo, técnicas como a Ressonância magnética nuclear de protão (1 HRMN) e a Cromatografia líquida de alta eficiência (HPLC) foram aplicadas na caraterização do péptido, assim como testes antimicrobianos de concentração mínima inibitória ou cinética de evolução microbiana. A técnica de eletrospinning foi utilizada para o processamento de nanofibras a partir do polímero natural, acetato de celulose (CA), e do sintético, policaprolactona (PCL). As matrizes poliméricas geradas foram caracterizadas recorrendo a técnicas como MO, SEM, ATR-FTIR, TGA, DSC, ensaios de hidratação e determinação indireta de porosidade, e medições de ângulos de contacto e, consequente, determinação da energia de superfície. Sendo possível concretizar todos os objetivos propostos para este trabalho, e fruto de uma extensa otimização de processos e investigação futura, esta inovação poderá resultar numa terapia única com vista a proteger as feridas contra infeções, e simultaneamente acelerar a cicatrização e regeneração dos tecidos., A skin wound if not properly treated can result in a chronic wound susceptible to widespread infections, which can result in the patient's death. Currently, tissue engineering is described as an interdisciplinary field that combines principles of engineering, chemistry and biology to generate solutions that allow to repair, restore and/or improve the functions of injured tissues. In the same sense, the textile area addresses solutions based on polymeric fibers, produced from a wide range of polymers, which allow the generation of structures with a large surface area, porosity and mechanical resistance that can be used as bioactive dressings that promote a healing and efficient antimicrobial activity. Antimicrobial peptides (AMPs) have attracted a lot of attention due to the possibility of being an alternative to antibiotics in the search for more effective agents against bacteria, preventing them from developing resistance. They can be applied as the biomedical element in bioactive dressings because their synthesis and manipulation are possible. This project results from the collaboration between the Department of Chemistry and the Center for Science and Textile Technology (2C2T), and aims at the synthesis of AMPs Peptaibolin and Tiger 17, through solid phase synthesis methodologies assisted by microwave, their chemical, structural and antimicrobial characterization, and subsequent immobilization on polymeric nanofiber structures produced by electrospinning. To achieve this objective, techniques such as Proton Nuclear Magnetic Resonance (1 H RMN) and High Performance Liquid Chromatography (HPLC) were applied to the peptide characterization, as well as antimicrobial tests with minimal inhibitory concentration or kinetics of microbial evolution. The electrospinning technique was used to process nanofibers from the natural polymer, cellulose acetate (CA), and the synthetic, polycaprolactone (PCL). The polymeric matrices generated were characterized using techniques such as MO, SEM, ATR-FTIR, TGA, DSC, hydration tests and indirect porosity determination, measurements of contact angles and, consequently, determination of surface energy. As it is possible to achieve all the objectives proposed for this work, and as a result of extensive optimization process and future research, this innovation may result in a unique therapy with a view to protecting wounds against infections, while simultaneously accelerating healing and tissue regeneration., Gostava ainda de agradecer ao Centro de Ciência e Tecnologia Têxtil (2C2T) por permitir a realização deste projeto nos seus laboratórios e ainda à Fundação da Ciência e Tecnologia (FCT) pelo financiamento do projeto onde este trabalho foi inserido, projeto PEPTEX PTDC/CTM-TEX/28074/2017 (POCI-01-0145-FEDER-028074)

International audience; This manuscript reports an experimental study on surfaces of natural rubber membranes modified by incorporation of calcium phosphate particles. In particular, we focused on the wettability, a subject for biological aspects. Five surfaces of natural rubber (NR) membranes (pure, polymer-bioceramic composite (NR-CaP), and three modified surfaces subjected to a simulated body fluid (NR-SBF)) were produced and characterized by confocal Raman-spectroscopy, AFM, SEM, and XPS, and the results were correlated with the wetting properties. Seven liquids (water, formamide, di-iodomethane, ethylene glycol, hexadecane, simulated body fluid, and human blood droplets) were used in different experimental sections. Static and dynamic contact angle measurements were conducted to obtain the solid–liquid tensions, work of adhesion, and depinning forces. The incorporation of CaP particles in the polymer decreases the roughness and increases the interfacial adhesion, and there was no dependence between the morphology and equilibrium contact line. The hydrophobic state of the NR surfaces is preserved. After exposure to a biological environment, the NR surfaces were chemically modified increasing blood wettability and decreasing the negative surface charges and the contact angle to values close to those associated with protein adsorption and cell adhesion, therefore opening possibilities for applications of these materials as biomembranes. On the other hand, the concepts applied, regarding different wettability aspects, should enable the evaluation of biomaterial surfaces and provide new insights allowing a better understanding of body fluid–material interfaces.

Avanços na engenharia tecidual trazem possibilidades terapêuticas inovadoras na odontologia, aliados a reabilitação oral do paciente. Dentro da endodontia, este campo é bastante novo e promissor, uma vez que pode revolucionar os tratamentos atuais utilizados para as doenças de polpa dentária e fornecer uma possibilidade de regeneração pulpar.Os scaffolds são estruturas tridimensionais semelhantes ao tecido original, em textura macro e micro-geometria favorecendo a adesão celular e sua consequente expressão. O melhor scaffold para a engenharia de tecidos seria a matriz extra-celular descelularizada do tecido alvo, uma vez que, a descelularização permite que os pesquisadores obtenham matrizes naturais, livres de células, caracterizadas por organização 3D adequada e composição molecular adequada. Este estudo se propôs a uma revisão sistemática sobre os melhores métodos para descelularização e recelularização da polpa dentária para a confecção de scaffolds naturais para utilização em revitalização pulpar. Um total de 300 referências foi recuperado nas bases de dados eletrônicas pesquisadas até maio de 2020, com primeira pesquisa realizada em julho de 2019. Após a remoção das duplicatas 174 títulos / resumos foram avaliados por dois revisores independentes, calibrados de acordo com os critérios de elegibilidade propostos. O resultado do processo de calibração demonstrou um nível de concordância substancial entre os revisores (κ =0.75) e um total de 6 artigos foram incluídos na sintese qualitativa de resultados. Estudos in vitro e in vivo dos estudos recuperados demonstraram algum nível de resultados positivos em relação aos testes biológicos, mesmo à luz dos diferentes níveis de complexidade dos testes realizados entre os diferentes estudos. Resultados promissores foram observados no desenvolvimento de scaffolds biológicos decelularizados derivado da polpa dentária com a perseveração de componentes estruturais extracelulares necessários para regeneração tecidual. No entanto, os dados atuais são heterogêneos demais para comparar e identificar as vantagens de qualquer método específico utilizado nos estudos recuperados. Advances in tissue engineering creates innovative therapeutic possibilities in dentistry, combined with oral rehabilitation of the patient. Within endodontics, this field is quite new and promising, since it can revolutionize current treatments used for dental pulp diseases and provide a possibility of pulp regeneration. Scaffolds are threedimensional structures similar to the original tissue, in texture macro and micro geometry, which favors cell adhesion and its consequent expression. The best scaffold for tissue engineering would be the decellularized extracellular matrix of the target tissue, since decellularization allows researchers to obtain natural, cell-free matrices, characterized by adequate 3D organization and adequate molecular composition. This study proposed a systematic review on the best methods for decellularization and recelularization of dental pulp for making natural scaffolds for use in pulp revitalization. A total of 300 references were retrieved from the electronic databases searched until May 2020, with the first search occurring in July 2019. After removing duplicates, 174 titles / abstracts were evaluated by two independent reviewers, calibrated according to the proposed eligibility criteria. The result of the calibration process demonstrated a substantial level of agreement between the reviewers (κ = 0.75) and a total of 6 articles were included in the qualitative synthesis of results. In vitro and in vivo studies of the recovered studies demonstrated some level of positive results in relation to biological tests, even in light of the different levels of complexity of the tests ocurred in different studies. Promising results have been observed in the development of decellularized biological scaffolds derived from dental pulp with the perseverance of extracellular structural components necessary for tissue regeneration. However, the current data is too heterogeneous to compare and identify the advantages of any specific method used in the retrieved studies.

Herein, an eco-friendly and facile synthesis of nitrogen-containing non-conjugated polymer dots (NCPD) with optimal blue emission is reported from the biopolymer β-glucan with a peptide–polysaccharide linkage (namely NH2-β-glucan). The crosslink-enhanced emission effect was proposed to explain the strong luminescence of the NCPDs possessing either non-emissive or weakly emissive sub-luminophores. The water-soluble NCPDs were synthesized via a feasible and facile route to produce a fluorescent material by dehydration/crosslinking reactions without additional matrix compositing. The nanocomposite's photoluminescence spectra unveiled the red-shifted emission from 420 to 515 nm as the excitation wavelengths vary from 300 to 450 nm, showing a maximum blue emission at 430 nm for the 340 nm excitation wavelength. Here, luminescent NCPDs with carboxyl, amino, and hydroxyl groups were comprehensively characterized, in which acidic/alkaline conditions were varied to probe the influence of surface charge on their fluorescence emission. The study also demonstrates that SERS (Surface Enhanced Raman Spectroscopy) is an excellent technique for exploring the chemical structures using Ag and Au nanoparticles. In closing, we have presented a consistent study using Raman and IR spectroscopy to lead to an undoubted identification of promising fluorescent non-conjugated polymer dots.

Orientador: João Batista Fogagnolo Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica Resumo: As propriedades mecânicas do osso podem sofrer efeitos de degradação a partir de doenças degenerativas e traumas causados por excessos. Nesse contexto, empregam-se diversos materiais metálicos na produção de implantes e próteses, que atuam como biomateriais, auxiliando na recuperação e reparação de áreas danificadas. No entanto, estudos apontam características que resultam em efeitos adversos como o alto módulo de elasticidade que pode levar a ocorrência do efeito conhecido como stress-shielding. No sistema Ti-Nb-Zr, a adição dos elementos Nb e Zr resulta na formação das fases ? e ?, sendo que a as ligas de fase ?, quando comparadas às ligas ?+?, apresentam módulos de elasticidade mais baixos, tornando-as adequadas para aplicações biomédicas. Neste estudo, três ligas de Ti-Nb-Zr com composições variadas foram produzidas por metalurgia do pó e modificadas posteriormente pelo método de fusão superficial por laser (FSL). Cordões isolados foram obtidos a partir de diferentes densidades de energia para a definição dos parâmetros de processamento iniciais. Com os parâmetros definidos, camadas superficiais foram modificadas de forma contínua por meio da sobreposição de cordões isolados. Para a caracterização das ligas sinterizadas, cordões isolados e camadas modificadas, foram empregadas as técnicas de espectroscopia de energia dispersiva de raios-X, espectroscopia de fluorescência de raios-X, microscopia de luz visível, microscopia eletrônica de varredura, difração de raios- X e nanoindentação instrumentada. Foram obtidas ligas sinterizadas com boa homogeneidade e baixos percentuais de porosidade. Nas ligas sinterizadas e camadas modificadas foram identificadas as fases cristalinas ? (preponderante) e ?, enquanto nas ligas Ti-17Nb-17Zr e Ti-33Nb-33Zr, somente a fase ?. Na zona de fusão dos cordões isolados, observou-se uma redução significativa das microporosidades; todas as condições testadas produziram o modo condução. Nas camadas modificadas por FSL houve uma leve redução no módulo de elasticidade da liga Ti-17Nb-17Zr (72 GPa), enquanto as ligas Ti-41Nb-41Zr e Ti-33Nb-33Zr exibiram módulos menores no substrato sinterizado (87 GPa). Na análise de dureza, houve um aumento tanto na ZF quanto no substrato Abstract: The mechanical properties of bone may suffer degradation effects from degenerative diseases and trauma caused by excesses. In this context, several metallic materials are used in the production of implants and prostheses, which act as biomaterials, helping in the recovery and repair of damaged areas. However, studies point to characteristics that result in adverse effects such as the high elasticity modulus that can lead to the occurrence of the effect known as stress-shielding. In the Ti-Nb-Zr system, the addition of the Nb and Zr elements results in the formation of the ? and ? phases, with the ?-phase alloys, when compared to the ?+? alloys, exhibiting lower modulus of elasticity, making them suitable for biomedical applications. In this study, three Ti-Nb-Zr alloys with varying compositions were produced by powder metallurgy and further modified by the laser surface melting (FSL) method. Single laser tracks were obtained from different energy densities to define the initial processing parameters. With the parameters defined, surface layers were modified continuously by overlapping of single laser tracks. For the characterization of the sintered alloys, single tracks and modified layers, the techniques of energy dispersive X-ray spectroscopy, X-ray fluorescence spectroscopy, visible light microscopy, scanning electron microscopy, X-ray diffraction and instrumented nanoindentation were employed. Sintered alloys with good homogeneity and low percent porosity were obtained. In the sintered alloys and modified layers, the ? (preponderant) and ? crystalline phases were identified, while in the Ti-17Nb-17Zr and Ti-33Nb-33Zr alloys, only the ? phase was identified. In the melt zone of the single laser tracks, a significant reduction of microporosities was observed; all tested conditions produced the conduction mode. In the FSL-modified layers there was a slight reduction in the modulus of elasticity of the Ti-17Nb-17Zr alloy (72 GPa), while the Ti-41Nb-41Zr and Ti-33Nb-33Zr alloys exhibited lower modulus in the sintered substrate (87 GPa). In the hardness analysis, there was an increase in both the ZF and the substrate Mestrado Materiais e Processos de Fabricação Mestra em Engenharia Mecânica CAPES 435239/2019-1

Os biomateriais metálicos são os materiais mais utilizados, devido às excelentes propriedades mecânicas quando comparados a outros materiais, como os cerâmicos e poliméricos. Dentre os metais mais aplicados em implantes, destacam-se os aços inoxidáveis ASTM F138, AISI 316L e o AISI 304L, além do titânio puro e suas ligas. Quando em contato com fluidos corpóreos, os biomateriais devem apresentar biocompatibilidade, especificamente para os biomateriais metálicos, além de não sofrerem degradação precipitadamente, e que não haja liberação de íons e desgaste a tal ponto de induzir processos inflamatórios patológicos. O aço inoxidável usualmente denominado AISI 316L apresenta boas propriedades mecânicas e características de material inerte, sendo amplamente utilizado como biomaterial. Entretanto, a presença do cromo e níquel na liga pode desencadear processos alérgicos e inflamatórios no corpo humano. Além disso, implantes de aço inoxidável podem sofrer o crescimento de uma película de tecido fibroso, já existente devido a micromovimentos que ocorrem na interface biomaterial-tecido e que aumentam o risco de afrouxamento do implante. Revestimentos híbridos orgânicoinorgânicos têm sido utilizados nessa área com intuito de solucionar os problemas de corrosão ocorridos em materiais metálicos. Além de não serem tóxicos para o corpo humano, os filmes orgânicos formados promovem uma excelente adesão sobre substratos metálicos, podendo atuar efetivamente como um agente de acoplamento de partículas bioativas. Torna-se promissor o emprego de revestimentos híbridos orgânicos-inorgânicos, não somente pela proteção anticorrosiva, mas também para favorecer a adesão e proliferação celular, aprimorando a biocompatibilidade do metal, podendo, deste modo, minimizar efeitos negativos de implantes cirúrgicos em seres humanos. A utilização de revestimentos híbridos orgânico-inorgânicos obtidos por sol-gel, bem como a deposição de filmes finos por magnetron sputtering para a proteção superficial e melhora de propriedades biocompatíveis de substratos metálicos, mostrou-se uma alternativa eficaz. Nesse contexto, o objetivo deste estudo é obter e caracterizar diferentes filmes híbridos à base dos precursores alcóxidos 3-(trimetóxisililpropil)metacrilato (MAP) e tetraetóxisilano (TEOS) com deposição de titânio por magnetron sputtering em substrato de aço inoxidável AISI 316L para potencial aplicação como biomaterial. As amostras foram preparadas em quatro variações: sendo FH a amostra com uma aplicação e FH_2 a amostra contendo duas aplicações superficiais de filme híbrido a base de MAP e TEOS, as amostras FH_Ti10 e FH_Ti20 receberam uma aplicação de filme híbrido e posterior deposição de titânio por magnetron sputtering por 10 e 20 minutos respectivamente. Dessa forma, as superfícies das amostras foram estudadas por meio de microscopia eletrônica de varredura (MEV) com mapeamento por espectroscopia de energia dispersiva (EDS) e análise da rugosidade. Também foi avaliada a molhabilidade dos filmes por medidas do ângulo de contato, além do comportamento eletroquímico das amostras em solução de fluido corpóreo simulado (SBF) por potencial de circuito aberto (OCP), polarização potenciodinâmica e espectroscopia de impedância eletroquímica (EIE). As propriedades biocompatíveis foram analisadas por ensaios de viabilidade celular e citotoxicidade, utilizando os resultados obtidos por redução de Tetrazólio (MTT), liberação da enzima Lactato Desidrogenase (LDH), além da avaliação qualitativa da adesão celular por MEV e microscopia de fluorescência. Constatou-se que as amostras contendo uma aplicação de filme híbrido tiveram suas propriedades melhoradas em todos os quesitos quando comparadas à amostra sem revestimento. A amostra FH se mostrou bem aderido ao substrato e com desempenho eletroquímico significativamente superior às demais amostras.Além disso, baseado nos resultados obtidos nesta pesquisa, pode-se afirmar que o revestimento MAP e TEOS, nos parâmetros da amostra FH, ofereceram um ambiente biocompatível para células-tronco mesenquimais. Portanto, a utilização de filmes híbridos a base de MAP e TEOS aplicados em substratos de aço inoxidável 316L pode ser indicada para a aplicação em biomateriais. Em contrapartida, as amostras contendo a deposição de titânio por magnetron sputtering não apresentaram variações expressivas em relação ao substrato e as demais amostras estudadas. Não foi observado melhora nas propriedades do material após deposição de titânio. Metallic biomaterials are the most used due to their excellent mechanical properties when compared to other materials, such as ceramic and polymeric ones. ASTM F138, AISI 316L and AISI 304L stainless steels are among the most used metals in implants, in addition to pure titanium and its ligands. Biomaterials, specifically metallic ones, must be biocompatible and not degrade hastily when in contact with bodily fluids, in addition to not releasing ions and wearing out , which may induce pathological inflammatory processes. Stainless steel so called AISI 316L has good mechanical properties and characteristics of inert material, which is widely used as biomaterial. However, the presence of chromium and nickel in the alloy can trigger allergic and inflammatory processes in the human body. Further, stainless steel implants can undergo the growth of a thin film of fibrous tissue, which already exists due to micromovements that occur at the biomaterial-tissue interface and increase the risk of loosening the implant. Hybrid organic-inorganic coatings have been used in this area in order to solve the corrosion problems that occur in metallic materials. Besides not being toxic to the human body, formed organic films promote excellent adhesion on metallic substrates, and can act effectively as a coupling agent for bioactive particles. The use of organic-inorganic hybrid coatings is promising, not only for anti-corrosion protection, but also to favor cell adhesion and proliferation, because they improve the biocompatibility of the metal and minimize the negative effects of surgical implants in humans. The use of organic-inorganic hybrid coatings obtained by sol-gel, as well as the deposition of thin films by magnetron sputtering for surface protection and improvement of biocompatible properties of metallic substrates, proved to be an effective alternative. Within this context, the aim of this study is to obtain and characterize different hybrid films based on the alkoxide precursors 3-(trimethoxysilylpropyl)methacrylate (MAP) and tetraetoxysilane (TEOS), with titanium deposition by magnetron sputtering on AISI 316L stainless steel substrate for potential application as biomaterial. The samples were prepared in four variations: the sample with one application (FH) and the sample containing two superficial applications of hybrid film based on MAP and TEOS (FH_2), samples FH_Ti10 and FH_Ti20 received an application of hybrid film and later deposition of titanium by magnetron sputtering for 10 and 20 minutes respectively. Thus, the surfaces of the samples were studied using scanning electron microscopy (SEM) with mapping by energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDS) and the evaluation of surface roughness. The hydrophobicity of the films was also evaluated by contact angle measurements. Electrochemical behavior of the samples in simulated body fluid solution (SBF) was performed by open circuit potential (OCP), potentiodynamic polarization and electrochemical impedance spectroscopy (EIS). Biocompatible properties were analyzed by cell viability and cytotoxicity tests, using the results obtained by reducing Tetrazolium (MTT) and release of Lactate Dehydrogenase (LDH). Cell adhesion was qualitatively assessed by SEM and fluorescence microscopy. The samples containing a hybrid film application had improved properties in all aspects when compared to the sample without coating. The film proved to be well adhered to the substrate and its electrochemical performance is significantly superior to the other samples. An excellent behavior was observed in terms of cell viability and adhesion. Therefore, the use of hybrid films based on MAP and TEOS applied on 316L stainless steel substrates can be indicated for application in biomaterials. However, the samples containing the titanium deposition by magnetron sputtering did not show significant variations in relation to the substrate and the other studied samples. There was no improvement in the properties of the material after titanium deposition.

Orientador: Alessandra Cremasco Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Ciências Aplicadas Resumo: As ligas de titânio são materiais amplamente utilizados no campo médico e odontológico em função das propriedades atrativas que essas apresentam, tais como: elevada biocompatibilidade, alta resistência a corrosão e alta resistência específica. Este trabalho visa avaliar o efeito de tratamentos térmicos de envelhecimento nas propriedades mecânicas e de resistência à corrosão das ligas Ti-10Mo-3Sn e Ti-35Nb-3Sn. A pesquisa envolveu a preparação de amostras em forno a arco voltaico sob atmosfera controlada, homogeneização a altas temperaturas, deformação plástica a quente e tratamentos térmicos de solubilização com resfriamento em água com posterior envelhecimento isotérmicos nas temperaturas de 500 e 600 ºC por 1 h com taxas de aquecimento de 2 ºC/min e 250 ºC/min. As amostras foram caracterizadas por microscopia óptica, microscopia eletrônica de varredura e difração de raios-X. Foram medidos também a dureza Vickers e o módulo de elasticidade por ultrassom. O comportamento de corrosão foi avaliado por meio do ensaio de polarização potenciodinâmica após 1 h de estabilização do potencial em circuito aberto. Os resultados sugerem que diferentes taxas de aquecimento contribuíram para a precipitação de distintas frações volumétricas com diferentes distribuições da fase ?, sendo a precipitação da fase ? favorecida pela taxa de aquecimento mais lenta (2°C/ min). Além disso, a adição de Sn ao sistema Ti-Nb retardou a cinética de precipitação de fase ? e mostrou maior poder supressor de fase ?, se comparada à liga com Mo. Em suma, a liga com Nb apresentou os menores valores de módulo de elasticidade e dureza e sofreu poucas alterações microestruturais após o envelhecimento isotérmico. Por outro lado, a liga com Mo apresentou a melhor resistência à corrosão, com alterações microestruturais sensíveis a alteração dos parâmetros do tratamento térmico de envelhecimento, onde a taxa lenta de aquecimento (2 °C/min) favoreceu a formação de uma microestrutura mais refinada, levando formação de um filme passivo mais estável Abstract: Titanium alloys are widely used in the medical and dental fields due to their attractive properties, such as: superior biocompatibility, high corrosion resistance and high specific resistance. This study aims to evaluate the effect of aging heat treatments on the mechanical properties and corrosion resistance of Ti-10Mo-3Sn and Ti-35Nb-3Sn alloys. The research involved the preparation of samples in an arc furnace under a controlled atmosphere, homogenization at high temperatures, hot rolling and solution heat treatment with water cooling and subsequent aging at 500 and 600 ºC up to 1 h with heating rates of 2ºC/min and 250 ºC/min. The samples were characterized by optical microscopy, scanning electron microscopy and X-ray diffraction. Vickers hardness and elasticity modulus were also measured by ultrasound technique. The corrosion behavior was evaluated by potentiodynamic polarization test after 1h open circuit potential stabilization. The results suggests that the application of different heating rates contribute to precipitation of different volumetric ratio and distinct dispersion of ?-phase. The precipitation of ?-phase is mainly aided under lower heating rates (2°C/min). Moreover, the addition of Sn to the Ti-Nb system made the ?-phase precipitation slower and it shows higher ?-phase suppression capability compared to the alloy with Mo. In general, the alloy with Nb showed the lowest values of elastic modulus and hardness and it undergoes soft microstructural modification. However, the alloy with Mo showed the best corrosion resistance and the microstructural modifications are strongly linked to the aging parameters, where lower heating rate (2 °C/min) aided the development of refined microstructure leading to better stability of passive layer Mestrado Manufatura de Materiais Avançados Mestre em Engenharia de Produção e de Manufatura CAPES 001

With the expansion of aquaculture activity, large amounts of fish waste are wasted, generating an undesirable environmental impact. Therefore, new alternatives have emerged aiming at the reuse of this raw material to obtain biomolecules with biotechnological potential, such as gelatin and hydroxyapatite, which are widely used in the area of tissue engineering and regenerative medicine. In addition to fish waste, red algae are also a source of biomolecules with great potential for application in tissue engineering, such as sulfated polysaccharides. Therefore, the objective of this work was to develop hydrogels based on gelatin and hydroxyapatite extracted from Nile tilapia (O. niloticus) skin residues, associated with κ- carrageenan, derived from the algae Hypnea musciformis, and crosslinked with riboflavin and curcumina aiming at application as a bone-reconstructor. Gelatin was characterized by yield, electrophoretic analysis, gel strength, isoelectric point, FTIR and TGA. On the other hand, hydroxyapatite and κ-carrageenan were characterized in terms of FTIR, TGA, SEM-EDS, DR-X and NMR. Five hydrogel formulations were developed: GC; GCH; GCHRib; GCHRibUV and GCHCurc, which were prepared with gelatin, carrageenan, hydroxyapatite and crosslinkers. The hydrogels were characterized by means of FTIR, TGA, DR-X, SEM, SEM-EDS, degree of swelling, degree of cross-linking and cytotoxicity with fibroblasts and osteoblasts. Gelatin had a high molecular weight and a high gel strength (277±20 g). Hydroxyapatite and κ- carrageenan were identified by DR-X and NMR, respectively. On the hydrogels, the FTIR identified the main groups and bonds of the compounds present in the matrix. In TGA, it was possible to confirm that the addition of hydroxyapatite increased the thermal stability. In the SEM it was identified that the hydrogels are porous. The MEV-EDS identified the chemical elements that are part of the composition of the biomolecules used. The hydrogels showed an excellent degree of swelling. In terms of crosslinking, it was confirmed that hydroxyapatite acted as a crosslinker, and that riboflavin and curcumin also showed good results, with greater emphasis on the hydrogel containing curcumin (GCHCurc). Finally, all hydrogels showed cell viability (>100%) in fibroblast and osteoblast cells. Thus, it was possible to conclude that the hydrogels of gelatin, hydroxyapatite and κ-carrageenan cross-linked with riboflavin and curcumin have great potential to be used in the area of bone reconstruction, with greater emphasis on GCHCurc. Com a expansão da atividade da aquicultura, grandes quantidades de resíduos de pescado são desperdiçados, gerando impacto ambiental indesejável. Diante disso, novas alternativas vem surgindo visando a reutilização dessa matéria-prima na obtenção de biomoléculas com potencial biotecnológico, como a gelatina e hidroxiapatita, que são muito usadas na área de engenharia de tecidos e medicina regenerativa. Além dos resíduos de pescado, algas vermelhas também são fonte de biomoléculas com grande potencial de aplicação em engenharia de tecidos, tais como os polissacarídeos sulfatados. Portanto, o objetivo do trabalho foi desenvolver hidrogéis a base de gelatina e hidroxiapatita extraídos a partir de resíduos de pele de tilápia do Nilo (O. niloticus), associados com κ-carragenana, oriunda da alga Hypnea musciformis, e reticulados com riboflavina e curcumina visando aplicação como ósseo-reconstrutor. A gelatina foi caracterizada por meio de rendimento, análise eletroforética, força de gel, ponto isoelétrico, FTIR e TGA. Já a hidroxiapatita e κ-carragenana foram caracterizadas quanto ao FTIR, TGA, MEV-EDS, DR-X e RMN. Foram elaboradas cinco formulações de hidrogéis: GC; GCH; GCHRib; GCHRibUV e GCHCurc, as quais foram preparadas com gelatina, carragenana, hidroxiapatita e reticulantes. Os hidrogéis foram caracterizados por meio de FTIR, TGA, DR-X, MEV, MEV-EDS, grau de intumescimento, grau de reticulação e citotoxicidade com fibroblastos e osteoblastos. A gelatina apresentou elevado peso molecular e uma alta força gel (277 ± 20 g). A hidroxiapatita e κ-carragenana foram identificadas por meio de DR-X e RMN, respectivamente. Sobre os hidrogéis, o FTIR identificou principais grupos e ligações dos compostos presentes na matriz. No TGA, foi possível confirmar que a adição da hidroxiapatita aumentou a estabilidade térmica. No MEV foi identificado que os hidrogéis são porosos. O MEV-EDS identificou os elementos químicos que fazem parte da composição das biomoléculas utilizadas. Os hidrogéis apresentaram um ótimo grau de intumescimento. No grau de reticulação confirmou-se que a hidroxiapatita atuou como reticulante, e que a riboflavina e curcumina também apresentaram bons resultados, com maior destaque para o hidrogel que continha curcumina (GCHCurc). Por fim, todos os hidrogéis apresentaram viabilidade celular (>100%) em células de fibroblastos e osteoblastos. Deste modo, foi possível concluir que os hidrogéis de gelatina, hidroxiapatita e κ-carragenana reticulados com riboflavina e curcumina possuem um grande potencial para serem usados na área de reconstrução óssea, com destaque maior para o GCHCurc.

O sucesso do implante no sistema biológico depende das características de superfície, as quais permitem reações interfaciais entre as substâncias orgânicas e o substrato inorgânico, ou seja, depende da interface criada entre o material e o tecido adjacente. Tais propriedades são influenciadas pela funcionalização superficial do implante. Dessa forma, processos de funcionalização de superfícies de titânio e suas ligas têm sido desenvolvidos, visando obter características superficiais que facilitem assimilação do implante pelo organismo vivo. Estudos têm demonstrado que as células-tronco respondem de forma positiva às superfícies nanotexturizadas da liga Ti6Al4V, que é uma liga amplamente utilizada na fabricação de implantes biomédicos. Nesse contexto, no presente trabalho foi estudado o efeito da funcionalização por polimerização por plasma frio em superfícies nanoestruturadas de Ti6Al4V sobre as propriedades morfológicas, físico-químicas e de sua resposta biológica via viabilidade celular. Os tratamentos superficiais foram realizados através de tratamento eletroquímico por 4 minutos, a 25V e 7°C e posterior aplicação de filme polimérico através da técnica de polimerização por plasma, utilizando o Tetraetoxissilano (TEOS) como precursor. A caracterização morfológica das superfícies foi realizada por meio de microscopia de força atômica (AFM), microscopia eletrônica de varredura (MEV-EDS), microscopia óptica, perfilometria e elipsometria espectral. Além disso, as superfícies foram caracterizadas quanto à composição química (fluorescência por raios-x) e molhabilidade. As superfícies funcionalizadas também foram avaliadas quanto a citotoxicidade. Células-tronco mesenquimais conhecidas como SHED foram semeadas às superfícies, e a viabilidade celular foi avaliada por meio do ensaio de atividade mitocondrial MTT (brometo de [3-(4,5-dimetiltiazol-2yl)-2,5-difenil tetrazolium]) e por coloração com núcleo com DAPI com diacetato de fluoresceína (FDA) e iodeto de propídio (IP) em ensaio do tipo live/dead. Os resultados mostraram que as amostras lixadas e polimerizadas por plasma frio apresentaram maior número de células-tronco viáveis do que a superfície nanoestruturadas e polimerizadas por plasma a frio. As irregularidades provenientes do lixamento mecânico associadas com o filme fino obtido por polimerização por plasma frio podem ter favorecido o ancoramento das células-tronco contribuindo para a melhor viabilidade celular. The success of the implant in the biological system depends on the surface characteristics, which allow interfacial reactions between organic substances and the inorganic substrate, that is, it depends on the interface created between the material and the adjacent tissue. Such properties are influenced by the superficial functionalization of the implant. In this way, functionalization processes of titanium surfaces and their alloys have been developed, aiming at obtaining superficial characteristics that facilitate assimilation of the implant by the living organism. Studies have shown that stem cells respond positively to the nanotextured surfaces of the Ti6Al4V alloy, which is an alloy widely used in the manufacture of biomedical implants. In this context, the present work intends to study the effect of functionalization by cold plasma polymerization on Ti6Al4V nanostructured surfaces on the morphological, physical-chemical properties and their biological response via cell viability. The surface treatments were carried out through electrochemical treatment for 4 minutes, at 25V and 7° C and subsequent application of polymeric film through the technique of plasma polymerization, using TEOS as a precursor. The morphological characterization of the surfaces was carried out by means of atomic force microscopy (AFM), scanning electron microscopy (SEM-EDS), optical microscopy, profilometry and spectral ellipsometry. In addition, the surfaces were characterized in terms of chemical composition (x-ray fluorescence) and wettability. Functionalized surfaces were also evaluated for cytotoxicity. Mesenchymal stem cells known as SHED have been associated with surfaces, and cell viability has been assessed using the MTT mitochondrial activity assay ([3- (4,5-dimethylthiazol-2yl) - 2,5-diphenyl tetrazolium bromide]) and by core staining with DAPI with fluorescein diacetate (FDA) and propidium iodide (PI) in a LIVE / DEAD type assay. The results showed that the samples sanded and polymerized by cold plasma had a higher number of viable stem cells than the nanostructured surface and polymerized by cold plasma. Irregularities resulting from mechanical sanding associated with the thin film obtained by cold plasma polymerization may have favored the anchoring of stem cells, contributing to better cell viability.

Volumetric muscle loss causes functional weakness and is often treated with muscle grafts or implant of biomaterials. Extracellular matrices, obtained through tissue decellularization, have been widely used as biological biomaterials in tissue engineering. Optimal decellularization method varies among tissues and have significant impact on the quality of the matrix. This study aimed at comparing the efficacy of four protocols, that varied according to the temperature of tissue storage and the sequence of chemical reagents, to decellularize murine skeletal muscles. Tibialis anterior muscles were harvested from rats and were frozen at -20°C or stored at room temperature, followed by decellularization in solutions containing EDTA + Tris, SDS and Triton X-100, applied in different sequences. Samples were analyzed for macroscopic aspects, cell removal, decrease of DNA content, preservation of proteins and three-dimensional structure of the matrices. Processing protocols that started with incubation in SDS solution optimized removal of cells and DNA content and preserved the matrix ultrastructure and composition, compared to those that were initiated with EDTA + Tris. Freezing the samples before decellularization favored cell removal, regardless of the sequence of chemical reagents. Thus, to freeze skeletal muscles and to start decellularization with 1% SDS solution showed the best results.

As estrategias atuais no design de biomateriais incluem a alteracao das propriedades da superficie do biomaterial para direcionar sistematicamente o comportamento celular. O titânio e o material mais prevalente para uso em implantes devido as suas propriedades mecânicas. Modificacoes na superficie de titânio podem otimizar a osseointegracao de um implante modulando a resposta imunossupressora, acelerando o processo de cicatrizacao e reduzindo o tempo de tratamento. O crescimento de nanotubos de TiO2 atraves da anodizacao pode alterar as propriedades da superficie do titânio comercialmente puro, permitindo uma melhor resposta quando inserido no corpo humano. Objetivo do presente trabalho foi o crescimento de nanotubos de TiO2 na superficie de discos de titânio comercialmente puro e a reducao do tempo de anodizacao, com agitacao durante a oxidacao anodica, tensao de 30V e eletrolito composto por 90-10% (v/v) de etilenoglicol-H2O e 1% NH4F (m/m). Para determinar a melhor intensidade de agitacao foi estabelecido um tempo de 20 minutos. A classificacao da intensidade da agitacao foi feita pelo metodo de observacao, classificada como fraca, moderada e vigorosa. Para determinar o melhor tempo de oxidacao anodica, foi estabelecida intensidade de agitacao moderada. O tempo de anodizacao deve permitir que a estrutura se reorganize e aumente o grau de autoorganizacao, assim, foram estabelecidos tempos de 20, 30 e 40 minutos. Em seguida, as amostras foram submetidas a calcinacao em forno mufla EDG com taxa de aquecimento de 5oC/minuto, mantida por 1 hora a 450oC. A morfologia da superficie foi analisada por microscopia eletronica de varredura (MEV), ângulo de contato e difracao de raios X (DRX). Palavras-chave: Agitacao. Anodizacao. Biomateriais. Titânio.

Because bone-associated diseases are increasing, a variety of tissue engineering approaches with bone regeneration purposes have been proposed over the last years. Bone tissue provides a number of important physiological and structural functions in the human body, being essential for hematopoietic maintenance and for providing support and protection of vital organs. Therefore, efforts to develop the ideal scaffold which is able to guide the bone regeneration processes is a relevant target for tissue engineering researchers. Several techniques have been used for scaffolding approaches, such as diverse types of biomaterials. On the other hand, metallic biomaterials are widely used as support devices in dentistry and orthopedics, constituting an important complement for the scaffolds. Hence, the aim of this review is to provide an overview of the degradable biomaterials and metal biomaterials proposed for bone regeneration in the orthopedic and dentistry fields in the last years.

O objetivo da presente tese foi desenvolver e caracterizar um composto granular de fosfato de cálcio dopado com magnésio, com a finalidade de substituição óssea. O material foi sintetizado a partir de NaCl, KCl, Na2HPO4, KH2PO4, MgCl2 e CaCl2. Foram testadas quatro diferentes proporções de Mg/Ca modificando esse fosfato de cálcio (2,75; 5,5; 8,5 e 11). O material resultante foi caracterizado por meio de microscopia eletrônica de varredura (MEV), tamanho de partícula, área superficial específica, pH, difração de raios X (DRX), espectroscopia de infravermelho por transformada de Fourier (FTIR) e espectroscopia Raman. A viabilidade celular quando em contato com o material foi avaliada por meio do teste de colorimetria Sulforonamida B, usando ANOVA de uma via para análise estatística. Maiores proporções de Mg/Ca tendem a formar partículas menores e proporcionalmente com maior área superficial. Imagens de MEV mostram que a morfologia se torna mais arredondada à medida que aumenta a concentração de magnésio. FTIR revelou presença de grupos PO4 3- e CO3 - em todas as amostras. PO4 3- também se fez presente na análise de Espectroscopia Raman. Análise de DRX mostrou presença de fosfato tricálcio e fosfato de cálcio na forma amorfa no grupo 2,75; fosfato tricálcio, fosfato de magnésio, fosfato de cálcio amorfo e fosfato de magnésio amorfo no grupo 5,5; fosfato tricálcio, fosfato de magnésio e fosfato de cálcio amorfo no grupo 8,5; e fosfato tricálcio, fosfato de magnésio e fosfato de cálcio amorfo no grupo 11. A viabilidade celular mostrou-se acima de 90% em todos os grupos, sem presença de diferença estatística entre eles (p = 0,222). Resultados indicam que fosfato de cálcio dopado com magnésio nas proporções de 8.5 e 11 são promissoras para aplicação na odontologia. The aim of the present thesis was to develop and characterize a new compound of magnesium doped calcium phosphate for bone graft. Synthesis was performed from NaCl, KCl, Na2HPO4, KH2PO4, MgCl2 and CaCl2. Four different Mg/Ca molar ratios were tested (2.75; 5.5; 85 and 11). The resultant material was evaluated and characterized regarding scanning electron microscopy (SEM), particle size and specific surface area, pH, X-ray diffraction (XRD), Fourrier transform infrared (IR) and Raman spectroscopy. Cell viability was determined by SRB-colorimetric assays. One-way ANOVA was employed for statistical analysis. Higher Mg/Ca ratio tends to form particles with smaller size and proportional higher specific surface area. Morphology turn rounded with increase of magnesium concentration. IR Revealed presence of PO4 3- e CO3 - groups in all tested samples. PO4 3- was also present in the analysis of Raman spectroscopy. XRD analysis show tricalcium phosphate and amorphous calcium phosphate in 2.75 group; tricalcium phosphate, magnesium phosphate, amorphous magnesium phosphate and amorphous calcium phosphate in 5.5 group; tricalcium phosphate, magnesium phosphate, and amorphous calcium phosphate in 8.5 group; and tricalcium phosphate, magnesium phosphate, and amorphous calcium phosphate in 11 group. Cell viability was higher than 90% for all tested groups, without statistical difference among them (p = 0.222). Results show that magnesium doped calcium phosphates at 8.5 and 11 Mg/Ca molar ratio are promising for application in dentistry.