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Orientador: Prof. Dr. Leonardo Ribeiro Rodrigues. Programa de Pós-graduação em Engenharia de Produção. São Bernardo do Campo, 2021. A lesão grave de tecidos ósseos, que demanda sua substituição, é um problema que atinge milhões de pessoas anualmente, e cujas técnicas atuais para tratamento ainda apresentam limitações e problemas. Buscando uma alternativa para essas técnicas tradicionais, estudos tem analisado o cultivo e/ou diferenciação de células ósseas do próprio paciente em estruturas de suporte porosas (scaffolds) feitas sob medida para atender às suas necessidades. Porém, a cultura das células nessas estruturas demanda por processos dinâmicos, para viabilizar o transporte de nutrientes em tecidos de maiores dimensões, e para aplicação de estímulos mecânicos, como a tensão de cisalhamento, necessários para induzir células ósseas a realizarem reações bioquímicas internas, liberando moléculas essenciais para a formação desse tecido. Para tal são utilizados biorreatores, equipamentos com estruturas complexas, de difícil fabricação, que permitem o controle de características físicas, químicas e biológicas do sistema. Visando simplificar o seu desenvolvimento, pesquisadores tem estudado a aplicação da Manufatura Aditiva na sua fabricação. Dessa forma, esse trabalho tem por objetivo propor um protótipo de biorreator para o cultivo de células ósseas, a ser fabricado através da Manufatura Aditiva e validado pela simulação da tensão de cisalhamento gerada em um modelo de scaffold inserido no sistema, realizada na ferramenta Flow Simulation do software Solidworks 2013, e comparada com valores da literatura. As simulações indicam que o material e a técnica utilizados fornecem resistência mecânica adequada para a aplicação proposta. Todas as variações analisadas do protótipo foram capazes de gerar valores de tensão de cisalhamento dentro da faixa identificada como adequada, porém os modelos testados apresentaram pequenas variações com relação a homogeneidade da perfusão do meio de cultura pelo scaffold, demandando estudos futuros mais aprofundados. Além disso, o modelo proposto difere consideravelmente dos demais, identificados na literatura, tendo como principais características positivas a modularidade, a adaptabilidade e a praticidade de uso. Severe damage to bone tissue, which requires its replacement, is a problem that affects millions of people annually. Its current treatment techniques still have limitations and problems. Seeking an alternative to these traditional techniques, studies have analyzed the cultivation and/or differentiation of the patient's own bone cells into porous support structures (scaffolds) tailored to meet their needs. However, the culture of cells in these structures requires dynamic processes to enable the transport of nutrients in larger tissues, and for the application of mechanical stimuli such as shear stress. This is necessary to induce some bone cells to carry out internal biochemical reactions, releasing molecules essential for the formation of this tissue. For this purpose, bioreactors are used, which are equipment with complex structures and difficult to manufacture. They allow the control of physical, chemical and biological characteristics of the system. Aiming to simplify its development, researchers have studied the application of Additive Manufacturing in its production. Thus, this work aims to propose a bioreactor prototype for bone cells cultivation. It will be produced through Additive Manufacturing and validated by simulating the shear stress generated in a scaffold model inserted in the system. It will be performed in the Flow Simulation tool, in Solidworks 2013 software, and compared with literature values. The results indicate that the material and technique used provide adequate mechanical strength for the proposed application. All prototype variations analyzed were able to generate shear stress values within the range identified as acceptable. Still, the tested models showed minor deviations concerning the homogeneity of the culture medium perfusion through the scaffold, requiring more in-depth future studies. Furthermore, the proposed model differs considerably from previous studies, having modularity, adaptability and practicality as its main positive characteristics.

Orientador: Prof. Dr. Arnaldo Rodrigues dos Santos Junior Coorientador: Prof. Dr. Leonardo Ribeiro Rodrigues Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC, Programa de Pós-Graduação em Biotecnociência, Santo André, 2020.

Orientador: Prof.Dr.Arnaldo Rodrigues dos Santos Jr Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC, Programa de Pós-Graduação em Biotecnociência, 2016. A rotofiação é uma técnica recente que surgiu para melhorar a taxa de produção de fibras que podem ser usadas na regeneração ou cicatrização tecidual. Existe um interesse crescente no desenvolvimento de matrizes poliméricas com o objetivo de auxiliar a cicatrização.Foi utilizadas soluções poliméricas compostas por PCL/PLLA (50/50%) com e sem tetraciclina (TC), nas concentrações de 3%, 5%, 7%(m/v) dissolvidos em clorofórmio e uma variação produzida com 5% (m/v) utilizando 20% de acetona e 80% de clorofórmio como solventes, que denominamos de 20:80(v/v). As soluções foram padronizadas em volume de 10ml para serem rotofiadas e formaram fibras e membranas, fato não relatado na literatura. Constatou-se que a produção aumenta juntamente coma utilização de soluções poliméricas mais concentradas, visto que a solução 3% não produziu fibras e a 7% foi a que resultou em maior quantidade. O teste de viscosidade demonstrou a relação direta entre o aumento da viscosidade com o aumento da concentração de polímero. A TC interferiu na morfologia das membranas e fibras, tanto na porosidade quanto na espessura. Na análise de espessura das membranas foi verificado que as soluções mais viscosas produzem membranas mais espessas. A espectroscopia no infravermelho por transformada de Fourier (FTIR) no módulo de refletância total atenuada (ATR) demonstrou picos característicos de PCL/ PLLA e TC. O microscópio invertido de fluorescência foi utilizado para análise de incorporação e quantificação da TC, a incorporação da TC foi confirmada pela emissão de fluorescência somente nas amostras contendo TC. A análise microbiológica foi realizada em cultura de bactérias Staphylococcus aureus em todas as membranas e somente na fibra 7%, no teste em placas de Petri a formação de halo de inibição representou a atividade antibacteriana em todas as amostras, um teste de diluição em caldo foi realizado e confirmou o resultado somente nas membranas com TC, as fibras não mostraram capazes de matar as bactérias.Foram feitos 2 testes de citotoxicicidade, o primeiro com células inoculadas diretamente sobre o material por um período de 48h mostrou que as amostras com TC eram tóxicas, o segundo foi realizado um tratamento retirando o excesso de TC sobrenadante e apresentou resultado oposto nas membranas, com formação de tapete celular em todas as amostras, exceto nas fibras 7%T, indicando que a morte celular ocorria pelo excesso de TC liberada num primeiro momento nas membranas, porém, nas fibras esse tratamento não foi eficaz. A análise citoquímica mostrou a presença de células em todas as membranas e nas fibras 7% controle, porém, notamos ausência de células nas fibras 7%T corroborando com a citotoxicidade apresentada. Os resultados indicam que a técnica de rotofiação produz fibras e membranas com alta porosidade utilizando baixas concentrações de polímeros, em quantidades satisfatórias para as fibras a partir da concentração de 7%. A concentração de TC necessita de ajuste para excluir a citotoxicidade. As amostras controles não apresentaram citotoxicidade sendo indicadas para testes in vivo. Este trabalho pretende colaborar com as poucas informações sobre a técnica de rotofiação. The centrifugal spinning is a recent technique that has emerged for improving the production of fibers which can be used in tissue regeneration or healing. There is growing interest in the development of polymer matrices in order to promote the wound healing mainly due to the limitations of available products. Polymer solutions composed of PCL/PLLA (50/50%) with and without tetracycline (TC) were used in the concentrations of 3%, 5%, 7% (m/v) dissolved in chloroform and a variation produced with 5% (m/v) using 20% acetone and 80% chloroform as solvents, which we call 20:80 (v/v). The solutions were standardized in 10 ml volume to be rotofied and formed fibers and membranes, which has not yet been reported in the literature. It was found that the production increases along with the use of more concentrated polymer solutions, since the 3% solution did not produce fibers and 7% resulted in higher amounts. The viscosity test demonstrated a direct relationship between increasing viscosity with increasing polymer concentration. CT interfered in the morphology of membranes and fibers, both in porosity and thickness. In the analysis of the thickness of the membranes it was verified that the more viscous solutions produce thicker membranes. Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) in the attenuated total reflectance (ATR) module demonstrated characteristic peaks of PCL/PLLA and TC. The fluorescence inverted microscope was used for CT incorporation and quantification analysis, the TC incorporation was confirmed by the emission of fluorescence only in samples containing TC. Microbiological analysis was performed on culture of Staphylococcus aureus bacteria in all membranes and only on 7% fiber, in the Petri dish test the inhibition halo formation represented antibacterial activity in all samples, a broth dilution test was Performed and confirmed the result only on TC membranes, the fibers were not able to kill the bacteria. Two cytotoxicity tests were performed, the first with cells inoculated directly on the material for a period of 48h showed that the TC samples were toxic, the second was a treatment removing the excess TC presented opposite result in the membranes, with Cell carpet formation in all samples, except for the 7%T fibers, indicating that cell death occurred due to the excess of TC released at the first moment in the membranes, but in the fibers this treatment was not effective. Cytochemical analysis showed the presence of cells in all membranes and in the 7% control fibers, however, there were no cells in the fibers 7% T corroborating with the presented cytotoxicity. The results indicate that the rotofiation technique produces membranes and fibers with high porosity using low concentrations of polymers, in quantities satisfactory to the fibers from the concentration of 7%. TC concentration needs adjustment to exclude cytotoxicity. Control samples did not show cytotoxicity being indicated for in vivo testing. This work intends to collaborate with the few information about rotofiação technique.

CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior CNPq - Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico As lesões do manguito rotador geram incapacidade funcional e dor no ombro e suas possíveis causas são relacionadas com trauma agudo, processo degenerativo do tendão e impacto subacromial. O tratamento cirúrgico para a reparação da lesão é realizado, em geral, por artroscopia utilizando implantes tipo âncoras de sutura. Estes implantes podem ser metálicos ou não e suportam fios de sutura. A função primordial destes dispositivos é fornecer uma fixação estável do tendão ao osso favorecendo assim o processo de cicatrização. No entanto, o inconveniente desta técnica é a dificuldade da passagem e amarração dos fios que aumenta o tempo cirúrgico e os custos. Por este motivo, implantes que não utilizam fios de sutura foram desenvolvidos, entretanto, sua utilização é controversa, visto que são importados sendo pouco conhecida a sua eficiência no tratamento destas lesões. O principal objetivo deste trabalho foi desenvolver um implante alternativo às âncoras de sutura, que não utilize fios de sutura e que seja aplicado de forma direta e rápida. O implante proposto foi projetado no formato de um grampo de titânio onde a fixação do tendão ao úmero é feita por uma haste horizontal e a resistência ao arrancamento é fornecida por filetes posicionados nas hastes verticais do grampo. As etapas de validação do novo implante consistiram na verificação da resistência do grampo e na estabilidade em reparos do manguito rotador utilizando modelagem por elementos finitos. Para a realização das simulações numéricas foi necessária à determinação de parâmetros de forças atuantes na união do tendão ao osso através de ensaios de tração utilizando amostras de tendão e úmero bovinos. O reparo do tendão neste caso foi realizado usando âncora de sutura. As forças estimadas serviram como base para a determinação das condições de carregamentos que poderiam vir a atuar no reparo do manguito rotador utilizando o grampo projetado. Um modelo em elementos finitos do reparo com âncora de sutura também foi feito para entender o fenômeno físico do processo de amarração dos fios. A simulação considerando ambos os implantes de fixação foi feita utilizando um modelo tridimensional simplificado do úmero e tendão supraespinhal. Os resultados obtidos com a simulação mostraram que o grampo, nas condições analisadas, forneceu uma fixação estável do tendão ao osso. The rotator cuff tears generate functional disability and shoulder pain and their possible causes are related to acute trauma, tendon degeneration and subacromial impingement. The surgical treatment is performed through arthroscopy using suture anchors. These implants can be metallic or non-metallic and have suture threads. The main purpose of soft tissue fixation devices is to achieve a close approximation between the tendon and the bone to allow the former to heal securely to the latter. However, the disadvantage of this technique is the difficulty of guiding sutures through tendon and tying secure knots resulting in increased surgical time and costs. For this reason sutureless screw anchors were developed, however, there are little data regarding the mechanical properties or clinical outcomes of how well these implants perform in rotator cuff repairs. The main aim of this study was to develop an alternative implant to suture anchors, which does not use suture threads and can be applied directly and quickly to reattach tendons to bone. The proposed implant was designed in the shape of a titanium staple. The tendon attachment to the humerus with this new device is made by a cross-bar portion of the staple and the pull out strength is provided by the barbs disposed at the legs of the staple. The new implant was evaluated to check its strength and stability in rotator cuff repairs using finite element analysis. To carry out the numerical simulations it was necessary to determine parameters of forces acting on the attachment of the tendon to the bone through tensile tests using bovine tendon and humerus specimens. The predicted forces were used as the basis to determine the loading conditions of the rotator cuff repair with the new device. A finite element model of repair with suture anchor was also made to understand the physical phenomenon of the tie sutures process. The simulation considering both attachment implants using a simplified three-dimensional model of the humerus and supraspinatus tendon carried out. The results of the simulation showed that the staple, under the analyzed conditions, provided a stable fixation of tendon to bone. Dissertação (Mestrado)