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Type: Dissertação
Title: Hidrogel de quitosana contendo nanomaterial polimérico e cerâmico aplicado ao reparo ósseo
Author: Lima, Lorena Costa Rosa de Souza
First Advisor: Pereira, Michele Munk
Referee Member: Maranduba, Carlos Magno da Costa
Referee Member: Amaral, Danielle Luciana Aurora Soares do
Resumo: O tecido ósseo apresenta capacidade de auto regeneração, mas lesões graves ou condições diversas como o envelhecimento podem demandar de terapias alternativas às cirurgias convencionais para a reestruturação óssea. Hidrogéis à base de quitosana (QTS) são promissores para o reparo do tecido ósseo por sua biocompatibilidade e biodegradabilidade e semelhança com a matriz extracelular, embora apresentem limitações mecânicas. A associação da QTS com nanofibras de celulose (NFC), que conferem reforço estrutural, e nanopartículas de titanato de bário (NPTB), que possuem propriedades piezoelétricas, surge como estratégia para superar tais restrições. O objetivo deste trabalho foi desenvolver e caracterizar hidrogéis de QTS associados a NFC e NPTB a fim de conhecer suas características morfológicas para adaptação celular, avaliando sua citocompatibilidade, bioatividade osteogênica in vitro com células SHED e desempenho in vivo em modelos murinos de calvária em seguida. Foram sintetizados quatro grupos experimentais (QTS, QTS/NFC, QTS/NPTB e QTS/NFC/NPTB), sendo o grupo QTS determinado como controle 3D. Os hidrogéis foram submetidos a análises físico-químicas (MEV, FTIR, Raman, degradação e molhabilidade), ensaios de citotoxicidade e osteogênese (MTT, Alamar Blue e ALP), além de testes in vivo em modelo de calvária de camundongos Swiss. Os resultados mostraram que a incorporação dos nanomateriais resultou em microestrutura porosa, perfil hidrofílico (ângulos de contato <90º) e taxa de degradação progressiva ao longo de 21 dias. Nos ensaios in vitro, os grupos contendo nanomateriais apresentaram maior viabilidade celular (medida pelo teste de MTT e Alamar Blue) e níveis mais elevados de atividade da enzima fosfatase alcalina (ALP) em comparação ao controle (QTS). Esses resultados demonstram que a presença dos nanomateriais aumentou a viabilidade celular e a atividade ALP nos ensaios in vitro, sugerindo um potencial efeito estimulante desses nanomateriais nas células, quando comparados ao controle (QTS). Nos testes in vivo, o compósito QTS/NFC/NPTB promoveu epitelização mais rápida (tempo médio de 9 dias) e apresentou maior formação de tecido ósseo/volume de matriz mineralizada, enquanto a presença de NPTB, isolado ou combinado, esteve associada a menor taxa de degradação e maior intensidade de resposta inflamatória inicial. Futuramente, análises quantitativas tridimensionais de deposição óssea e ensaios de coloração para verificar o possível potencial de mineralização e consequente aplicabilidade na engenharia tecidual óssea serão de suma importância para prosseguimento do estudo.
Abstract: Bone tissue has an intrinsic self-regeneration capacity; however, extensive injuries or conditions such as aging may require alternative therapies to conventional surgeries. Chitosan (QTS)-based hydrogels are promising for bone repair due to their biocompatibility, biodegradability, and similarity to the extracellular matrix, although they exhibit mechanical limitations. The association of QTS with cellulose nanofibers (NFC), which provide structural reinforcement, and barium titanate nanoparticles (NPTB), which possess piezoelectric properties, emerges as a strategy to overcome such constraints. This study aimed to develop and characterize QTS-based hydrogels combined with NFC and NPTB, evaluating their cytocompatibility, in vitro osteogenic bioactivity using SHED cells, and in vivo performance in bone repair. Four experimental groups were synthesized (QTS, QTS/NFC, QTS/NPTB, and QTS/NFC/NPTB), with QTS defined as the 3D control. The hydrogels were subjected to physicochemical analyses (SEM, FTIR, Raman, degradation, and wettability), cytotoxicity and osteogenesis assays (MTT, Alamar Blue, and ALP), as well as in vivo tests using a Swiss mouse calvaria model. The results showed that the incorporation of nanomaterials led to a porous microstructure, hydrophilic profile (contact angles <90°), and progressive degradation over 21 days. In vitro, groups containing nanomaterials exhibited higher cell viability (measured by MTT and Alamar Blue assays) and increased alkaline phosphatase (ALP) activity compared to the control (QTS). In vivo, the QTS/NFC/NPTB composite promoted faster epithelialization (average of 9 days) and greater bone tissue formation/mineralized matrix volume, whereas the presence of NPTB, alone or combined, was associated with a lower degradation rate and higher initial inflammatory response. Future three-dimensional quantitative analyses and staining assays will be essential to verify the potential mineralization capacity and consequent applicability of this material in bone tissue engineering.
Keywords: Biomateriais
Citocompatibilidade
Nanomateriais
Osteogênese
Polímeros
Biomaterials
Biomaterials
Nanomaterials
Osteogenesis
Polymers
CNPq: CNPQ::CIENCIAS BIOLOGICAS
Language: por
Country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Juiz de Fora (UFJF)
Institution Initials: UFJF
Department: ICB – Instituto de Ciências Biológicas
Program: Programa de Pós-graduação em Ciências Biológicas: Imunologia e Doenças Infecto-Parasitárias/Genética e Biotecnologia
Access Type: Acesso Aberto
Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazil
Creative Commons License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/
URI: https://repositorio.ufjf.br/jspui/handle/ufjf/20766
Issue Date: 14-Nov-2025
Appears in Collections:Mestrado em Ciências Biológicas - Imunologia e Doenças Infecto - Parasitárias/Genética e Biotecnologia (Dissertações)



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