Biocompatibilidade e potencial osteogênico de scaffolds manufaturados a partir de esponjas marinhas
Data
2019-03-29
Autores
Santos, Cintia Pereira De Goes 
Orientadores
Granito, Renata Neves
Tipo
Dissertação de mestrado
Título da Revista
ISSN da Revista
Título de Volume
Resumo
The marine sponges present interesting features, such as their three-dimensional architecture with interconnected pores, as well as their organic and inorganic components, which make them relevant candidates as biomaterials for the engineering of bone tissue. Therefore, this study aims to characterize and compare the in vivo osteogenic potential of scaffolds manufactured from two species of marine sponges, Dragmacidon reticulatum and Amphimedon viridis, both of Class Demospongiae. Initially, the marine sponges were collected, cut, lyophilized and sterilized to make the scaffolds. The scaffolds obtained were characterized by MEV, FTIR, XRD, EDS, besides the pH and mass degradation assay. Following, in vivo tests were performed using a scaffold implantation model in bone defect surgically created in rat tibiae. The animals were randomly divided into three groups: control group (GC), in which the bone defects were not filled with biomaterial, and the Dragmacidon reticulatum (GD) and Amphimedon viridis (GA) groups, in which the bone defects were filled with the scaffolds manufactured from the species Dragmacidon reticulatum and Amphimedon viridis, respectively. The animals were euthanized 15 days after surgery, the right tibias were used for biomechanical testing and the left tibia included in methyl methacrylate for histological and histomorphometric analysis of the non-decalcified bone tissue. In the characterization analyzes of the scaffolds, the SEM / EDS showed in both samples the presence of silica spurs, pores and the same chemical composition, the main elements being Si (silicon), O (oxygen) and C (carbon). There was a higher pore presence in a qualitative analysis, and a consequent greater degradation in the scaffolds of GD. pH analysis also revealed a greater variation in GD, with a more significant fall at the beginning of incubation (first three days). The XRD demonstrated the amorphous nature of scaffolds, with low crystallinity, for both species. The FTIR compared the functional groups and indicated a greater loss of organic matter in GD. In the histological analysis, the GC presented extensive formation of bone tissue at the edges of the lesion, with presence of osteoid tissue around it. The GD, when compared to GA, presented some points of neoformed bone tissue and a greater amount of osteoid tissue within the bone defect, always around the silica spicules. In turn, GA presented a fibrous capsule around the lesion, no formation of bone tissue, and a small amount of osteoid tissue at isolated sites within the defect. At the same time, in the histomorphometric analysis, GD presented a significantly higher percentage of osteoid tissue (OV / TV,%), as well as a significantly larger osteoblastic surface with respect to the bone surface (Ob.S / BS,%). In the biomechanical evaluation, there was no statistical difference between the studied species. Thus, the results suggest that the samples of the Dragmacidon reticulatum species, when compared to those of the species Amphimedon viridis, are potentially more suitable for the favoring of bone regeneration and, therefore, for use in tissue engineering.
As esponjas marinhas apresentam características interessantes, como sua arquitetura tridimensional com poros interconectados, além de seus componentes orgânicos e inorgânicos, que as tornam relevantes candidatas enquanto biomateriais para a engenharia de tecido ósseo. Diante disso, este estudo tem como objetivo caracterizar e comparar o potencial osteogênico in vivo de scaffolds manufaturados a partir de duas espécies de esponjas marinhas, a Dragmacidon reticulatum e a Amphimedon viridis, ambas da Classe Demospongiae. Inicialmente, as esponjas marinhas foram coletadas, cortadas, liofilizadas e esterilizadas para a confecção dos scaffolds. Os scaffolds obtidos foram caracterizados, por meio das análises de MEV, FTIR, XRD, EDS, além do ensaio de pH e degradação da massa. Na sequência, testes in vivo foram realizados por meio de um modelo de implantação de scaffolds em defeito ósseo cirurgicamente criado nas tíbias de ratos. Os animais foram divididos aleatoriamente em três grupos: grupo controle (GC), no qual os defeitos ósseos não foram preenchidos com biomaterial, e os grupos Dragmacidon reticulatum (GD) e Amphimedon viridis (GA), nos quais os defeitos ósseos foram preenchidos com os scaffolds manufaturados a partir das espécies Dragmacidon reticulatum e Amphimedon viridis, respectivamente. Os animais foram eutanasiados 15 dias após a cirurgia, as tíbias direitas foram utilizadas para ensaio biomecânico e as tíbias esquerdas incluídas em metil metacrilato para a análise histológica e histomorfométrica do tecido ósseo não descalcificado. Nas análises de caracterização dos scaffolds, o MEV/EDS demonstraram, em ambas as amostras, a presença de espículas de sílica, poros e a mesma composição química, sendo os principais elementos o Si (silício), O (oxigênio) e C (carbono). Verificou-se maior presença de poros, em uma análise qualitativa, e uma consequente maior degradação nos scaffolds do GD. A análise de pH também revelou uma maior variação no GD, com uma queda mais significativa no início da incubação (três primeiros dias). O XRD demonstrou a natureza amorfa dos scaffolds, com baixa cristalinidade, para as duas espécies. O FTIR comparou os grupos funcionais e apontou maior perda de matéria orgânica no GD. Na análise histológica, o GC apresentou extensa formação de tecido ósseo nas bordas da lesão, com presença de tecido osteóide ao seu redor. O GD, quando comparado ao GA, apresentou alguns pontos de tecido ósseo neoformado e uma maior quantidade de tecido osteóide no interior do defeito ósseo, sempre ao redor das espículas de sílica. Por sua vez, o GA, apresentou cápsula fibrosa ao redor da lesão, nenhuma formação de tecido ósseo e pequena quantidade de tecido osteóide em pontos isolados no interior do defeito. Paralelamente, na análise histomorfométrica, o GD apresentou uma porcentagem significativamente maior de tecido osteóide (OV/TV %), assim como uma superfície osteoblástica significativamente maior com relação à superfície óssea (Ob.S/BS %). Na avaliação biomecânica, não houve diferença estatística entre as espécies estudadas. Dessa forma, os resultados sugerem que as amostras da espécie Dragmacidon reticulatum, quando comparadas às da espécie Amphimedon viridis, são potencialmente mais adequadas para o favorecimento da regeneração óssea e, portanto, para o emprego na engenharia de tecidos.
As esponjas marinhas apresentam características interessantes, como sua arquitetura tridimensional com poros interconectados, além de seus componentes orgânicos e inorgânicos, que as tornam relevantes candidatas enquanto biomateriais para a engenharia de tecido ósseo. Diante disso, este estudo tem como objetivo caracterizar e comparar o potencial osteogênico in vivo de scaffolds manufaturados a partir de duas espécies de esponjas marinhas, a Dragmacidon reticulatum e a Amphimedon viridis, ambas da Classe Demospongiae. Inicialmente, as esponjas marinhas foram coletadas, cortadas, liofilizadas e esterilizadas para a confecção dos scaffolds. Os scaffolds obtidos foram caracterizados, por meio das análises de MEV, FTIR, XRD, EDS, além do ensaio de pH e degradação da massa. Na sequência, testes in vivo foram realizados por meio de um modelo de implantação de scaffolds em defeito ósseo cirurgicamente criado nas tíbias de ratos. Os animais foram divididos aleatoriamente em três grupos: grupo controle (GC), no qual os defeitos ósseos não foram preenchidos com biomaterial, e os grupos Dragmacidon reticulatum (GD) e Amphimedon viridis (GA), nos quais os defeitos ósseos foram preenchidos com os scaffolds manufaturados a partir das espécies Dragmacidon reticulatum e Amphimedon viridis, respectivamente. Os animais foram eutanasiados 15 dias após a cirurgia, as tíbias direitas foram utilizadas para ensaio biomecânico e as tíbias esquerdas incluídas em metil metacrilato para a análise histológica e histomorfométrica do tecido ósseo não descalcificado. Nas análises de caracterização dos scaffolds, o MEV/EDS demonstraram, em ambas as amostras, a presença de espículas de sílica, poros e a mesma composição química, sendo os principais elementos o Si (silício), O (oxigênio) e C (carbono). Verificou-se maior presença de poros, em uma análise qualitativa, e uma consequente maior degradação nos scaffolds do GD. A análise de pH também revelou uma maior variação no GD, com uma queda mais significativa no início da incubação (três primeiros dias). O XRD demonstrou a natureza amorfa dos scaffolds, com baixa cristalinidade, para as duas espécies. O FTIR comparou os grupos funcionais e apontou maior perda de matéria orgânica no GD. Na análise histológica, o GC apresentou extensa formação de tecido ósseo nas bordas da lesão, com presença de tecido osteóide ao seu redor. O GD, quando comparado ao GA, apresentou alguns pontos de tecido ósseo neoformado e uma maior quantidade de tecido osteóide no interior do defeito ósseo, sempre ao redor das espículas de sílica. Por sua vez, o GA, apresentou cápsula fibrosa ao redor da lesão, nenhuma formação de tecido ósseo e pequena quantidade de tecido osteóide em pontos isolados no interior do defeito. Paralelamente, na análise histomorfométrica, o GD apresentou uma porcentagem significativamente maior de tecido osteóide (OV/TV %), assim como uma superfície osteoblástica significativamente maior com relação à superfície óssea (Ob.S/BS %). Na avaliação biomecânica, não houve diferença estatística entre as espécies estudadas. Dessa forma, os resultados sugerem que as amostras da espécie Dragmacidon reticulatum, quando comparadas às da espécie Amphimedon viridis, são potencialmente mais adequadas para o favorecimento da regeneração óssea e, portanto, para o emprego na engenharia de tecidos.