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UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA CENTRO DE CIÊNCIAS DA SAÚDE DEPARTAMENTO DE ODONTOLOGIA CURSO DE ODONTOLOGIA Graziela Silva Fermiano INFLUÊNCIA DA ESTERILIZAÇÃO UTILIZANDO ÓXIDO DE ETILENO EM ARCABOUÇOS DE PLGA+HA/βTCP COM E SEM SINVASTATINA INCORPORADA Florianópolis 2021 Graziela Silva Fermiano INFLUÊNCIA DA ESTERILIZAÇÃO UTILIZANDO ÓXIDO DE ETILENO EM ARCABOUÇOS DE PLGA+HA/βTCP COM E SEM SINVASTATINA INCORPORADA Trabalho de Conclusão do Curso de Graduação em Odontologia do Centro de Ciências da Saúde da Universidade Federal de Santa Catarina como requisito para a obtenção do título de Cirurgiã-Dentista. Orientador: Prof. Dra. Ariadne Cristiane Cabral da Cruz Coorientador: MSc. Raissa Borges Curtarelli Florianópolis 2021 Graziela Silva Fermiano Influência da esterilização utilizando óxido de etileno em arcabouços de PLGA+HA/βTCP com e sem sinvastatina incorporada Este trabalho de Conclusão de Curso foi julgado adequado para obtenção de Título de “Cirurgião Dentista” e aprovado em sua forma final pelo curso de Odontologia Florianópolis, 12 de abril de 2021. Prof. Dra. Glaucia Santos Zimmermann Coordenadora do Curso Banca Examinadora: Prof. Dra. Ariadne Cristiane Cabral da Cruz Orientador Universidade Federal de Santa Catarina Prof. Dr. Ricardo de Souza Magini Avaliador Universidade Federal de Santa Catarina MSc. Mariane Beatriz Sordi Avaliador Universidade Federal de Santa Catarina AGRADECIMENTOS Agradeço a Deus, é ele meu criador, por sua graça na minha vida e por ter me presenteado com pessoas especiais durante a minha jornada até aqui. Aos meus pais, Nivaldo e Valdézia, por terem investido em minha educação, pelo amor, apoio, dedicação e amparo. Serei eternamente grata pelo comprometimento, pela confiança e pelo incentivo diante das minhas escolhas. Vocês são os melhores pais do mundo. Ao meu esposo, Bismarck, por todo carinho, amor durante esses anos, por ter sonhado o meu sonho, por me abraçar quando eu mais precisei durante minha trajetória, por se manter forte para que nele eu me apoiasse nos momentos de dificuldade. Obrigada por acreditar em mim. Amo muito você. Às minhas irmãs, Vanessa, Gabriela e Daniela, aos meus cunhados e ao meu sobrinho Nathan. Teremos sempre uns aos outros. Obrigada Daniela e Roberto por todas as caronas durante esses anos de faculdade. Nathan obrigada por ter ensinado a tia um amor tão simples e lindo. A tia Grazi ama você para sempre. À minha orientadora, Ariadne, por ser uma excelente professora, desde as aulas em Materiais Dentários, fez-me admirá-la pela sua competência e carinho. Obrigada por transmitir paz durante esse processo, por suas mensagens motivacionais antes das reuniões, agora já não sou mais uma folha em branco intacta, graças a você minha folha em branco nunca mais será a mesma. Obrigada professora por toda a paciência comigo e por todas as oportunidades. À minha coorientadora, Raíssa, pela disposição em me ajudar todas as vezes que eu precisei, obrigada por responder minhas mensagens de desespero esclarecendo minhas dúvidas e acompanhando com carinho todo o meu trabalho. Obrigada pelas correções e incentivos. À minha amiga, Fernanda Willemann, minha dupla de TCC, foi um dos melhores presentes desse processo. Obrigada por me fazer rir em momentos tão tensos e deixar tudo mais tranquilo. Amiga obrigada pelo companheirismo no Laboratório e pelas nossas limpezas na madrugada. Com certeza essa caminhada ficou mais leve, pois fiz esse trajeto com você. À Mariane Sordi e ao Lenin. Pelos ensinamentos no laboratório, pela calma e dedicação em passar seus conhecimentos. Mari você é muito especial, sua luz é contagiante. Às minhas amigas, Fernanda Barros, Ludiana, Selma e Pauline, vou sempre levar em meu coração o nosso subgrupo. Deixaram meus dias mais felizes e a minha trajetória mais florida. Amigas, como sou grata a vocês pelos cafés, pela companhia, pelos conselhos, pelas risadas e por todas as conversas. Amo muito vocês. À minha dupla, Júlia Pedron, que esteve presente no meu primeiro paciente, na minha primeira cirurgia, em momentos muito importantes para o meu crescimento como profissional e pessoal. Transformou meus dias cinzentos em dias coloridos, com as suas risadas, com o seu carinho. Minha companheira musical e de danças. Amo muito você. Aos meus colegas de turma, vocês foram muito especiais para mim. A 16.1 para sempre em meu coração. Aos meus professores, por todo o conhecimento passado, por toda dedicação em me tornar uma profissional de excelência. Pelo carinho e amor nos seus ensinamentos. Devo muito a todos vocês. Vocês são os melhores. Aos servidores, Batista, Luiz, Rô, Fátima e Simone, pelos ensinamentos, por me auxiliarem, pelas conversas e risadas. Meu carinho por vocês será para sempre. À Universidade Federal de Santa Catarina, minha querida UFSC, como eu sonhei e me esforcei para você fazer parte da minha história. Por me abrir as portas do conhecimento e ampliar meu horizonte. “Todos os nossos sonhos podem se tornar realidade se tivermos a coragem de persegui-los.” - (Walt Disney) RESUMO O tecido ósseo, por sua capacidade de cicatrização, é capaz de curar espontaneamente a maioria das fraturas ósseas. No entanto, em defeitos ósseos extensos, tem-se observado limitações na regeneração óssea, em decorrência da complexidade deste tecido. Assim, pesquisadores têm buscado a engenharia tecidual para desenvolver substitutos ósseos eficientes. Dentro deste contexto, é importante destacar que, em estratégias de regeneração óssea voltadas para uso clínico, é necessário definir um método de esterilização eficaz que mantenha as características desejáveis do substituto ósseo. Assim, o objetivo do presente estudo foi produzir arcabouços de poli(ácido lático-co-glicólico) com hidroxiapatita e β- fosfato tricálcio (PLGA+HA/βTCP) com e sem a incorporação de 2% sinvastatina (SIN), bem como analisar a influência da esterilização por óxido de etileno (OE) nas características físico-químicas dos arcabouços, comparando-se com grupos sem tratamento (controle positivo). Os arcabouços foram confeccionados pela técnica da evaporação do solvente. Partículas de cerâmica bifásica (70% HA, 30% βTCP) foram adicionadas ao PLGA em uma proporção de 1:1 (m:m). As amostras com SIN receberam 2% (m:m) deste medicamento. Os arcabouços foram confeccionados na forma de cilindro e seccionados sobre uma placa de vidro com auxílio de uma lâmina de bisturi. Uma parcela das amostras foi submetida a esterilização por óxido de etileno OE (grupo com tratamento) e a outra parcela permaneceu sem esterilização (grupo sem tratamento, controle positivo). A morfologia dos arcabouços foi analisada por microscopia eletrônica de varredura (MEV). A caracterização química foi feita por espectroscopia por energia dispersiva (EDS). A cristalinidade do material foi definida por difração de raio-X (DRX). As imagens obtidas por MEV revelaram que nos grupos com tratamento por OE verificou-se um maior número de macro- e micro-poros em comparação aos grupos sem tratamento, entretanto não ocorreu alterações consideráveis nas superfícies das amostras. Segundo as análises de EDS, os arcabouços foram formados principalmentepor Carbono (C), Cálcio (C), Fósforo (P) e Oxigênio (O), sendo que as amostras esterilizadas por OE apresentaram um aumento do elemento Carbono. Os arcabouços mantiveram sua natureza cristalina após a esterilização. Pode-se concluir a esterilização por OE não interferiu nas características físico-químicas dos arcabouços de PLGA+HA+βTCP e PLGA+HA+βTCP+2%SIN. Palavras-chave: Regeneração 1. Óxido de Etileno 2. Sinvastatina 3. Arcabouços 4. ABSTRACT Bone tissue, due to its healing capacity, is able to spontaneously heal most bone fractures. However, in extensive bone defects, limitations in bone regeneration have been observed, due to the complexity of this tissue. Thus, researchers have sought tissue engineering to develop efficient bone substitutes. Within this context, it is important to highlight that, in bone regeneration strategies aimed to clinical applications, it is necessary to define an effective sterilization method that maintains the desirable characteristics of the bone substitute. Thus, the objective of the present study was to produce poly (lactic-co-glycolic acid) scaffolds with hydroxyapatite and β-tricalcium phosphate (PLGA + HA / βTCP) incorporating or not 2% simvastatin (SIN), as well as analyzing the influence of ethylene oxide (OE) sterilization on the physical-chemical characteristics of the scaffolds, compared with groups without treatment (positive control). The scaffolds were produced trough the solvent evaporation technique. Biphasic ceramic particles (70% HA, 30% βTCP) were added to the PLGA in a 1: 1 (w:w) ratio. Samples with SIN received 2% (w:w) of this drug. The scaffolds were produced a cylinder cylindric shape sectioned over a glass plate with a scalpel blade. A portion of the samples was subjected to sterilization by OE (group with treatment) and the other portion remained without sterilization (group without treatment, positive control). The morphology of the scaffolds was analyzed by scanning electron microscopy (SEM). Chemical characterization was performed by dispersive energy spectroscopy (EDS). The material cristalization was defined by X-ray diffraction (XRD). The images obtained by SEM revealed that in the groups treated with OE there was a greater number of macro- and micro-pores compared to the groups without treatment, however, there were no considerable changes in the surfaces of the samples. According to the EDS analysis, the scaffolds were formed mainly by Carbon (C), Calcium (C), Phosphorus (P), and Oxygen (O). Additionally, the samples sterilized by OE increased the Carbon element in its composition. The scaffolds maintained their crystalline nature after sterilization. It can be concluded that sterilization by OE did not interfere in the physical and chemical characteristics of the PLGA+HA+βTCP and PLGA+HA+βTCP+2%SIM scaffolds. Keywords: Regeneration 1. Ethylene Oxide 2. Simvastatin 3. Scaffold 4. LISTA DE FIGURAS Figura 1 - MEV das amostras de PLGA+HA+βTCP com e sem tratamento.......................33 Figura 2 - MEV dos arcabouços de PLGA+HA+βTCP+2%SIN com e sem tratamento.....34 Figura 3 - Gráficos obtidos a partir de espectroscopia por energia dispersiva (EDS) das amostras de PLGA+HA+βTCP+2%SIN com tratamento por óxido de etileno (OE)..........35 Figura 4 - Gráficos obtidos a partir de espectroscopia por energia dispersiva (EDS) das amostras de PLGA+HA+βTCP+2%SIN sem tratamento por óxido de etileno (OE)..........36 Figura 5 - Gráficos obtidos a partir de espectroscopia por energia dispersiva (EDS) das amostras de PLGA+HA+βTCP com tratamento por óxido de etileno (OE)........................37 Figura 6 - Gráficos obtidos a partir de espectroscopia por energia dispersiva (EDS) das amostras de PLGA+HA+βTCP sem tratamento por óxido de etileno (OE)........................38 Figura 7 - Gráfico obtidos através da análise de difração de raios X (DRX) das amostras de PLGA+HA+βTCP e PLGA+HA+βTCP com tratamento (linha vermelha) ou não (linha preta) por óxido de etileno (OE)..............................................................................................................39 Figura 8 - Gráficos obtidos através da análise de difração de raios X (DRX) das amostras de PLGA+HA+βTCP+2%SIN e PLGA+HA+βTCP+2%SIN com tratamento (linha vermelha) ou não (linha preta) por óxido de etileno (OE)...................................................39 LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS Bi Bismuto BPMs Proteínas ósseas morfogenéticas Br Bromo C Carbono Ca Cálcio DRX Difração de raio-X EDS Espectroscopia por Energia Dispersiva, do inglês Energy Dispersive Spectroscopy OE Óxido de etileno FDA Administração de alimentos e medicamentos, do inglês Food and Drug Administration g Grama h Hora L Litro m:v Relação massa:volume m:v Relação massa:volume MEV Microscopia Eletrônica de Varredura Mg Magnésio mg Miligrama MPS Microesferas Nb Nióbio N Nitrogênio O Oxigênio P Fósforo PLA Ácido polilático PLGA Ácido polilático-co-glicólico PLGA+HA/βTCP Poli (ácido lático-co-glicólico) e hidroxiapatita com β fosfato tricálcio PLGA+HA/βTCP+SIN2% Poli (ácido lático-co-glicólico) e hidroxiapatita com β fosfato tricálcio e sinvastatina a 2% PGA Ácido poliglicólico PVA Álcool polivinílico PLLA Poli (L-ácido láctico) Rb Rubídio Si Silício SIN Sinvastatina Tc Tecnécio µ Micro SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO ................................................................................................... 14 2 REVISÃO DE LITERATURA ........................................................................... 17 2.1 TECIDO ÓSSEO E REGENERAÇÃO ÓSSEA. .................................................. 17 2.2 BIOMATERIAL ..................................................................................................... 19 2.3 ARCABOUÇO ...................................................................................................... 20 2.4 SINVASTATINA .................................................................................................. 22 2.5 ESTERILIZAÇÃO ................................................................................................ 24 2.6 ÓXIDO DE ETILENO .......................................................................................... 25 3 OBJETIVOS ........................................................................................................ 28 3.1 OBJETIVO GERAL .............................................................................................. 28 3.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ................................................................................ 28 4 METODOLOGIA ................................................................................................ 29 4.1 CONFECÇÃO DOS ARCABOUÇOS ................................................................. 29 4.2 ESTERILIZAÇÃO DOS ARCABOUÇOS .......................................................... 30 4.3 CARACTERIZAÇÃO FÍSICO-QUÍMICA .......................................................... 30 4.3.1 Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) .................................................. 30 4.3.2 Espectroscopia por energia dispersiva (EDS) ................................................... 30 4.3.3 Difração de raio-X (DRX) ................................................................................... 31 5 RESULTADOS .................................................................................................... 32 5.1 CARACTERIZAÇÃO FÍSICO-QUÍMICA .......................................................... 32 5.1.1 Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) .................................................. 32 5.1.2 Espectroscopia por energia dispersiva (EDS) ...................................................35 5.1.3 Difração de raio-X (DRX) ................................................................................... 38 6 DISCUSSÃO ........................................................................................................ 40 7 CONCLUSÃO ...................................................................................................... 43 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS...................................................................................44 ANEXO 1 – ATA DA APRESENTAÇÃO.............................................................................48 14 1 INTRODUÇÃO O tecido ósseo é um tecido conjuntivo especializado, formado por células e pela matriz óssea extracelular. O material extracelular é constituído de uma porção orgânica composta, basicamente, por colágeno do tipo I, proteoglicanos e proteínas não colágenas, bem como uma porção inorgânica constituída principalmente por hidroxiapatita e água (CARREIRA et al., 2014, JUNQUEIRA e CARNEIRO, 2003). Entre as células que compõem o tecido ósseo, estão as células osteoprogenitoras, com atributos de células- tronco, que ao longo da vida são reativadas durante o reparo de fraturas ósseas e outras lesões. Além das células osteoprogenitoras, o tecido ósseo também apresenta osteoblastos, osteócitos e osteoclastos (JUNQUEIRA e CARNEIRO, 2003; GARTNER & HIATT, 2007). Outro fator que caracteriza o tecido ósseo é o seu dinamismo de reabsorção e sua capacidade de regeneração e reparo (CIAPETTI; GRANCHI; BALDINI, 2012). Na odontologia, traumas e infecções agudas ou crônicas que afetam os ossos maxilares, bem como doenças periodontais avançadas que provocam a perda de elementos dentais, levam à perda da função mecânica do osso. Como consequência, ocorre prejuízo aos tecidos de suporte dental (BUSER et al., 2016). A remodelação óssea e, consequentemente, o comprometimento estético-funcional em decorrência da perda dental desperta o interesse da engenharia tecidual na busca por estratégias para regeneração de defeitos ósseos. Devido à adequada capacidade de cicatrização do osso, a maioria das fraturas pode curar espontaneamente. No entanto, em defeitos extensos, o tecido ósseo apresenta limitações de regeneração pela sua complexidade, exigindo táticas avançadas para permitir a regeneração da sua estrutura e função. Os principais pontos para uma estratégia eficiente da engenharia tecidual englobam I) um número adequado de células formadoras de osso viáveis, II) um arcabouço capaz de conduzir estas células e ofertar suprimento sanguíneo adequado e III) substâncias solúveis capazes de estimular/induzir a diferenciação celular (CIAPETTI; GRANCHI; BALDINI, 2012). Assim, o uso de biomateriais vem sendo estudado e empregado como opção em estratégias de regeneração óssea (BARBANTI et al., 2004). Atualmente, os biomateriais utilizados como substitutos ósseos podem ser de natureza autógena, homogênea, xenâgena e sintética (RAIMONDO et al., 2019). O osso autógeno é o único biomaterial que por si só apresenta as propriedades desejáveis de osteocondução, osteoindução e osteogênese (CAMPOS et al., 2018). Porém, apesar dos inúmeros benefícios associados ao uso do osso autógeno, algumas limitações deste biomaterial, como quantidade limitada na área 15 doadora, morbidade envolvida e possibilidade de infecção no sítio doador, motivam a busca por alternativas (FERNANDEZ DE GRADO et al., 2018; GIANNOUDIS et al., 2011). Dentro deste contexto, biomateriais sintéticos têm despertado o interesse de pesquisadores e clínicos por sua versatilidade e seu risco baixo de transmissão de doenças, ocupando 60% de substitutos ósseos do mercado (JORDANA; VISAGE; WEISS, 2017). O copolímero poli (ácido lático-co-glicólico) (PLGA) é o material sintético mais utilizado na medicina regenerativa. É um polímero alifático com uma estrutura de poliéster formado através da copolimerização de monômeros de ácido láctico (PLA) e ácido glicólico (PGA) (CIAPETTI; GRANCHI; BALDINI, 2012). Contudo, o PLGA tem demonstrado redução na adesão e proliferação celular devido à sua hidrofobicidade. Assim, surgindo a necessidade de associação com outros materiais, tais como a hidroxiapatita (HA) e o beta fosfato tricálcio (βTCP), para otimizar as propriedades do PLGA. O uso associado destes materiais ao PLGA compensa a sua fragilidade e as suas propriedades mecânicas (SORDI et al., 2020). Apesar do PLGA não ser osteoindutor, ele foi aprovado pela Food and Drug Administration (FDA) como transportador eficaz de substâncias para a engenharia de tecidos. Assim, a possibilidade de incorporação de substâncias bioativas mostra-se como uma forma de associar o polímero a fatores indutores da osteogênese, transformando-o, desta forma, em osteoindutor (DING; ZHU, 2018). Os fatores de crescimento para a regeneração óssea mais estudados são as proteínas ósseas morfogenéticas (BMPs), consideradas por muito tempo as substâncias mais importantes para tal finalidade. (JANSEN; VEHOF; RUHE, 2005). Contudo, é necessário prudência quanto ao uso da BMPs, sendo que a meia vida curta, a necessidade do uso de dosagens elevadas e a imunogenicidade representam limitações consideráveis no que se refere à sua administração sistêmica (CIAPETTI; GRANCHI; BALDINI, 2012). A família das estatinas vem sendo estudada nos últimos tempos como alternativa osteoindutora. Como um integrante importante das estatinas, tem-se a sinvastatina (SIN), medicamento para reduzir o colesterol usado no controle a hipercolesterolemia (ZHANG et al., 2015). Um aspecto muito importante na engenharia tecidual, é a necessidade de esterilização das amostras que irão ser implantadas nos pacientes. Apesar dos resultados promissores de muitos biomateriais voltados para a engenharia tecidual óssea, a utilização destes em pacientes é possível somente após a realização de um método de esterilização adequado. Desse modo, torna-se indispensável encontrar um método de esterilização terminal que não prejudique as propriedades físico-químicas e biológicas do substituto 16 ósseo. Os métodos de esterilização terminal mais comuns são vapor, calor a seco, radiações ionizantes e o gás de óxido de etileno (OE). Dentre eles, a esterilização por calor a seco e vapor são realizadas em alta temperatura e podem causar severa degradação nas micropartículas poliméricas. Por sua vez, as radiações ionizantes apresentam alto custo. Assim, dispositivos médicos que não podem suportar a alta temperatura usada durante a esterilização por calor seco e úmido e/ou são sensíveis à umidade usada na esterilização a vapor, podem ser esterilizados em baixas temperaturas usando gás OE, um gás incolor com ponto de ebulição de 10,4°C (TIPNIS; BURGESS, 2018). Diante do exposto, o objetivo deste trabalho foi produzir arcabouços de poli (ácido lático-co-glicólico) com hidroxiapatita e β-fosfato tricálcio (PLGA+HA/βTCP) com e sem a incorporação de 2% sinvastatina (SIN), bem como analisar a influência da esterilização por óxido de etileno (OE) nas características físico-químicas dos arcabouços, comparando-se com grupos sem tratamento (controle positivo). 17 2 REVISÃO DE LITERATURA 2.1 TECIDO ÓSSEO E REGENERAÇÃO ÓSSEA O tecido ósseo é um tipo de tecido conjuntivo especializado, formado por células e pela matriz óssea. A matriz é um material extracelular constituído de uma porção orgânica e outra inorgânica. Sendo a porção orgânica formada de colágeno do tipo I, proteoglicanos e proteínas não colágenas, representando 25% do seu peso molecular. Por sua vez, a porção inorgânica é constituída, principalmente, de hidroxiapatita (65%) e de água (10%) (CARREIRA et al., 2014). O tecido ósseo possui quatro tipos celulares que o caracterizam, sendo osteoblastos, osteócitos, osteoclastos e células osteoprogenitoras ou de revestimento ósseo (GARTNER; HIATT, 2007). Cada célula desempenha uma determinadafunção. Assim, os osteoblastos (1) sintetizam a porção orgânica da matriz óssea e participam da sua mineralização, correspondendo de 4 a 6% das células do osso. Os osteócitos (2), por sua vez, correspondem de 90 a 95% das células ósseas encontradas no interior da matriz óssea, ocupando lacunas e sendo essenciais para a manutenção da matriz extracelular. Os osteoclastos (3) são células gigantes multinucleadas e executam a reabsorção óssea, correspondendo de 1 a 2% das células ósseas (GRANJEIRO; PAIVA, 2017). Por fim, as células osteoprogenitoras ou de revestimento ósseo (4) que, influenciadas pelos grupos de proteínas ósseas morfogenéticas (BMPs) e pelo fator de crescimento de transformação β (TGF-β), apresentam habilidade para diferenciarem-se em osteoblastos, sendo mais ativas durante o período de crescimento ósseo intenso (GARTNER; HIATT, 2007). As células osteoprogenitoras mantém-se como células de revestimento por toda a vida pós-natal e são reativadas na fase adulta no momento de reparo de lesões ósseas (CARREIRA et al., 2014). O tecido ósseo também é caracterizado pelo seu dinamismo de reabsorção e sua capacidade de regeneração e reparo. Na cavidade bucal essa dinâmica do tecido ósseo é bastante evidente, uma vez que o osso alveolar do periodonto de suporte está em intensa remodelação promovida pelos esforços mastigatórios, entre outras alterações fisiológicas e patológicas que podem acometer os tecidos dentais. Traumas, infecções agudas ou crônicas e doenças periodontais avançadas podem ocasionar a perda de elementos dentais, levando à perda da função mecânica do osso alveolar e, por consequência, a sua redução dimensional (BUSER et al., 2016). Apesar dos avanços tecnológicos na implantodontia, a quantidade óssea é um pré- 18 requisito para a instalação de implantes dentais de maneira eficaz e eficiente. A perda dental independente de sua etiologia, causará alterações dimensionais horizontal e vertical no processo alveolar e, em consequência, afetará os contornos de tecido mole e duro (RAIMONDO et al., 2019). Convém salientar que a formação do osso alveolar ocorre devido ao processo de erupção dental, por este motivo o osso alveolar é considerado uma estrutura dente dependente. Assim, após a perda dental, a reabsorção do osso alveolar é iniciada rapidamente (SCHROEDER, 1986). Grande parte das modificações nas dimensões alveolares após a perda dental ocorrem durante período de 3 meses. Adicionalmente, dentro dos primeiros 6 meses, a perda óssea alveolar média é de 1,5 a 2 mm e de 40% a 50% no sentido vertical e horizontal, respectivamente. Nos primeiros 3 anos, caso não tenha sido realizado um tratamento para restabelecer a perda dental, a perda óssea pode atingir 40-60% do volume da crista alveolar remanescente (SHEIKH; SIMA; GLOGAUER, 2015). O principal fator para essa remodelação óssea é a carência nutritiva do ligamento periodontal após a extração dental (BUSER, 2010). Por esses motivos, a reconstrução da estrutura óssea alveolar continua sendo um desafio da engenharia tecidual (SHEIKH; SIMA; GLOGAUER, 2015). Convém destacar que, devido à capacidade de cicatrização do osso, a maioria das fraturas e defeitos ósseos pequenos pode curar espontaneamente. No entanto, devido à complexidade do tecido ósseo, a cicatrização de defeitos extensos apresenta limitações (CIAPETTI; GRANCHI; BALDINI, 2012). Quatro importantes fatores estão ligados com a regeneração óssea em caso de defeitos de alta complexidade: (1) osteogênese, refere-se à presença de células ósseas viáveis para colonizar a região e possibilitar a formação óssea; (2) osteocondução, relaciona-se à presença de um arcabouço que permita a adesão e a migração celular e neovascularização para a formação do novo osso; (3) osteoindução, diz respeito à necessidade da presença de substâncias bioativas capazes de promover a diferenciação de células osteoprogenitoras em células produtoras de matriz óssea; e (4) regeneração óssea guiada (ROG), meio utilizado para possibilitar e conduzir o processo de regeneração óssea, excluindo células adjacentes que, fisiologicamente, tomariam o protagonismo do processo inflamatório, resultando em um processo de reparo, com perda de função, e consequentemente de estética (HÄMMERLE; KARRING, 1998). Assim, para uma estratégia eficiente da engenharia óssea, os principias quesitos são: número de células viáveis suficientes para a formação de osso, um arcabouço osteocondutor, sinais bioquímicos para induzir a osteogênese e suprimento sanguíneo 19 adequado (CIAPETTI; GRANCHI; BALDINI, 2012). 2.2 BIOMATERIAL A busca para restabelecer a função do tecido ósseo em defeitos extensos ou em áreas que não podem ser regeneradas naturalmente tem movimentado o campo da engenharia tecidual. Por isso, o uso de biomateriais vem sendo estudado e aplicado como opção para reconstituir estruturas perdidas ou mesmo minimizar alterações dimensionais (BARBANTI et al., 2004). O biomaterial ideal para regeneração óssea deve, além de ser biocompatível e bioreabsorvível, apresentar as características de osteogênese, osteocondução e osteoindução, já descritas anteriormente (CIAPETTI; GRANCHI; BALDINI, 2012; FARDIN, A. C.; JARDIM, E. C. G.; PEREIRA, 2010). Diversos biomateriais têm sido utilizados como substitutos ósseos, podendo ser divididos em autógenos, homógenos, xenógenos e aloplásticos (sintéticos) (RAIMONDO et al., 2019). O osso autógeno é o único que apresenta todas as propriedades biológicas essenciais para a regeneração óssea per se (BURCHARDT, 1983). No entanto, o enxerto de origem autógena apresenta algumas limitações como sua disponibilidade limitada, a morbidade envolvida em um segundo leito cirúrgico para servir como área doadora e as complicações relacionadas a sua remoção. Por isso, as limitações citadas motivam a busca por alternativas (FERNANDEZ DE GRADO et al., 2018; GIANNOUDIS et al., 2011). Apesar da grande diversidade de substitutos ósseos, atualmente nenhum atende a todos os requisitos ideais. Entretanto, os biomateriais sintéticos têm despertado o interesse de pesquisadores e clínicos por sua versatilidade e seu reduzido risco de transmissão de doenças, ocupando 60% de substitutos ósseos do mercado (JORDANA; VISAGE; WEISS, 2017). A variabilidade dos biomateriais sintéticos tem se destacado sobre as demais classes de biomateriais devido a possibilidade de controle das características físico-químicos, tais como morfologia, composição química, porosidade, taxa de degradação e, ainda, a possibilidade de incorporação e liberação controlada de substâncias osteoindutoras, tornando possível a regeneração óssea (BUSER, 2010, JORDANA; VISAGE; WEISS, 2017). Dentre os materiais sintéticos mais comumente empregados como substitutos ósseos pode-se citar as cerâmicas e os polímeros. Dentre as cerâmicas, incluem-se a hidroxiapatita (HA, de fórmula química Ca10(PO4)6(OH)2), o fosfato de cálcio bifásico, o 20 -fosfato tricálcio (fórmula química Ca3(PO4)2) e os vidros bioativos (MIRON et al., 2016). Os fosfatos de cálcio possuem uma composição química muito semelhante com os componentes minerais do osso. Estes biomateriais são biocompatíveis, não apresentam atividade osteogênica ou osteoindutora por si só, são osteocondutores. Por sua vez, os vidros bioativos são compostos por cálcio, fósforo e dióxido de silício. Adicionalmente, são conhecidos por sua biocompatibilidade, propriedades de osseointegração e osteocondução (CIAPETTI; GRANCHI; BALDINI, 2012; JORDANA; VISAGE; WEISS, 2017). O termo osseointegração introduzido por Brånemark na década de 60, foi definido pelo médico como uma conexão estrutural direta entre o osso vivo e uma superfície de implante. Embora tenha sido inicialmente utilizado com referência a implantes metálicos de titânio, atualmente o conceito se aplica a biomateriais com capacidade de osseointegrar(GUGLIELMOTTI; OLMEDO; CABRINI, 2019). O PLGA é o polímero mais pesquisado, sendo inicialmente utilizado como material para sutura clínica em decorrência da capacidade de ser completamente absorvido pelo corpo após à cirurgia. Por sua biocompatibilidade e sua taxa ajustável de biodegradação in vivo, o PLGA foi aprovado pela Food and Drug Administration como carreador eficaz de substâncias para a engenharia de tecidos (DING; ZHU, 2018). 2.3 ARCABOUÇO A engenharia tecidual baseada em arcabouços foi introduzida nos anos de 1990 para tratar limitações de enxertos de tecidos e reparo de tecido aloplástico (CIAPETTI; GRANCHI; BALDINI, 2012). Vacanti definiu engenharia de tecidos definido como a aplicação dos “Princípios da engenharia e das ciências da vida para o desenvolvimento de substitutos biológicos que restauram, mantêm ou melhoram a função do tecido”(LANGER; VACANTI, 1993). A fim de aumentar a taxa de sucesso em procedimentos cirúrgicos para regeneração óssea, estratégias baseadas em células foram desenvolvidas de forma a fornecer uma fonte extra de elementos osteogênicos a serem entregues no local da lesão ou defeito ósseo. No entanto, uma baixa eficácia terapêutica de transplante de células foi registrada, quando as células foram transferidas ao interior da área enxertada por injeção ou infusão. Por consequência, foi necessário fornecer um microambiente tridimensional para estas células viabilizando sua sobrevivência e desempenho de função. Além disso, estes microambientes são capazes de transportar moléculas de sinalização biológica e nutrientes celulares que podem influenciar de modo 21 positivo as células transplantadas, resultando no aumento da eficácia terapêutica (CIAPETTI; GRANCHI; BALDINI, 2012). Assim, arcabouços são estruturas tridimensionais porosas que desempenham um papel importante na regeneração óssea, frequentemente usados como substitutos ósseos temporários em razão das suas propriedades físico-químicas e biológicas que articulam o comportamento e as funções celulares. Sua estrutura tridimensional permite uma interação complexa de células-células e de células-microambiente que guiam à formação e a regeneração do tecido (KIM et al., 2014). Na regeneração de uma lesão, os arcabouços são utilizados como substitutos provisórios do tecido natural, atuando como facilitadores ou até mesmo aceleradores da regeneração óssea, durante a reconstrução do defeito ósseo. No entanto, não devem atuar como um substituto ósseo definitivo (FISHER et al., 2015). Os arcabouços devem cumprir uma série de exigências, não podem ser prejudiciais para o organismo, devem permitir a adesão, migração e proliferação celular, facilitar a invasão vascular, assim como dar suporte ao mecanismo de formação de vasos sanguíneos a partir de vasos preexistentes à angiogênese, apresentar taxa de degradação proporcional à cicatrização óssea e ter rigidez similar ao tecido ósseo (ENCARNAÇÃO et al., 2019). Para se obter um arcabouço viável, propriedades químicas, bem como topografia de superfície, arquitetura, porosidade, interconectividade, solidez, flexibilidade, e degradação, necessitam ser controladas (WAGONER JOHNSON; HERSCHLER, 2011). Em relação à síntese do arcabouço, uma grande variedade de polímeros sintéticos é estudada como possibilidade de biomaterial para aplicação na engenharia óssea tecidual. Arcabouços confeccionados a partir de polímeros biocompatíveis e biodegradáveis têm sido utilizados com sucesso para auxiliar o tecido ósseo na regeneração in vivo. O polímero mais utilizado pela medicina regenerativa é o PLGA, polímero alifático com uma estrutura de poliéster que é formado através da copolimerização de monômeros de ácido poliláctico (PLA) e ácido poliglicólico (PGA) (CIAPETTI; GRANCHI; BALDINI, 2012). Por ser um copolímero, há a possibilidade de ser polimerizado em muitas formulações diferentes com base na composição dos monômeros de PLA e PGA (HINES; KAPLAN, 2013). É um material biocompatível, facilmente sintetizado e biodegradável em subprodutos na forma de dióxido de carbono (CO2) e água (H2O), sendo eliminados pelo organismo. Apesar de não ser considerado osteoindutor, ele permite a incorporação e a liberação de substâncias como fármacos, sendo o seu mecanismo de degradação bastante útil para a liberação controlada de moléculas de sinalização. Contudo, o PLGA tem demonstrado reduzir a 22 capacidade de adesão e proliferação celulares devido a sua hidrofobicidade. Esse caráter hidrofóbico é conferido pela quantidade de PLA incorporada, devido ao seu grupamento lateral metila (-CH3), absorve menos água, o que, por consequência, resulta em uma degradação mais lenta do biomaterial. O PGA, por sua vez, apresenta caráter hidrofílico, conferindo ao biomaterial um menor tempo de degradação. Dessa forma, torna-se possível a combinação de diferentes proporções de PLA e PGA, dependendo dos objetivos de uso (HINES; KAPLAN, 2013; SORDI et al., 2020). A associação do PLGA com outros biomateriais, como a HA e o βTCP, pode ser uma interessante forma de complementar as propriedades do PLGA, uma vez que a degradação do PLGA resultaria na liberação dos fosfatos de cálcio incorporados, servindo como suprimentos minerais para a neoformação óssea. Além disso, o uso associado desses biomateriais ao PLGA compensa a sua fragilidade e as suas propriedades deficientes mecânicas, além da possibilidade de aumentar a capacidade hidrofílica dos arcabouços (HINES; KAPLAN, 2013; SORDI et al., 2020). 2.4 SINVASTATINA A família das estatinas vem sendo estudada nos últimos anos como uma substância osteoindutora alternativa (ZHANG et al., 2015). São consideradas importantes redutores da síntese de colesterol, sendo utilizadas na prevenção de doenças coronarianas e da aterosclerose. O fármaco tem como mecanismo de ação a inibição da enzima HMG- CoA redutase, que catalisa a conversão da HMG-CoA a ácido mevalônico, precursor do colesterol (SILVA; PINHEIRO NETO; BERTONCELLO, 2008). A ação das estatinas não se limita somente na redução do colesterol sérico. Em 1999, Mundy et al. mencionou, pela primeira vez, as estatinas como estimuladoras da regeneração óssea. Seu estudo in vitro relatou que a lovastatina e a sinvastatina (SIN) aumentaram a neoformação óssea, quando administradas por via subcutânea em calvária de camundongos. O efeito foi relacionado ao aumento da expressão do gene da proteína morfogenética óssea-2 (MUNDY et al., 1999). Estudos posteriores relataram que a SIN é capaz de inibir as vias do mevalonato, farnesil pirofosfato e geranil-pirofosfato, sendo responsável pelo aumento da densidade mineral óssea ao reduzir a atividade dos osteoclastos, aumentando a atividade da fosfatase alcalina e a mineralização, assim como ampliam a expressão da sialoproteína óssea, da 23 osteocalcina e colágeno tipo I, apresentando efeito anti-inflamatório pela diminuição da produção de interleucina-6 e interleucina-8 (GENTILE et al., 2016; SAKODA et al., 2006). A SIN é um importante integrante do grupo das estatinas, utilizado como medicamento sistêmico para controle da hipercolesterolemia (ZHANG et al., 2015). Para o uso local, no entanto, a SIN requer um veículo adequado que permita a sua liberação controlada para a promover a formação óssea. Administrada por via oral, a SIN sofre modificações por enzimas hepáticas, onde são metabolizadas para a sua forma ativa, o ácido graxo B-hidroxi, fazendo com que menos de 5% alcance a circulação sistêmica. Dessa forma, para atingir locais específicos em concentrações suficientes para a indução da neoformação óssea, seria necessário um aumento da dose oral, o que poderia causar respostas adversas exacerbadas de modo sistêmico (BROWN, 2008; PARK, 2009; SILVA; PINHEIRO NETO; BERTONCELLO, 2008). Sendo assim, torna-se necessário achar um carreador capaz de liberar a SIN de maneira lentae gradual, em uma concentração ideal para a regeneração óssea, sem provocar repostas inflamatórias exacerbadas (ENCARNAÇÃO et al., 2019). Vários sistemas carreadores de SIN foram descritos na literatura, especialmente os polímeros sintéticos (ENCARNAÇÃO et al., 2019; LITTUMA et al., 2019; SORDI et al., 2020). Em 2016, Encarnação et al. avaliaram in vitro, a liberação da SIN em arcabouços de PLGA+HA+βTCP com porosidade de 30 e 70%, incorporando 2,5% e 8% de SIN. A liberação do fármaco foi maior nas amostras com 70% de porosidade, apresentando caráter lento, gradual e prolongada da SIN, com características físico-químicas satisfatórias dos arcabouços, sendo promissor para a regeneração óssea.(ENCARNAÇÃO et al., 2019). Os estudos realizados por Sordi et al. (2020) confirmam a eficácia da SIN para o uso em estratégias de regeneração óssea. Foi avaliada a liberação in vitro da SIN a partir de arcabouços de PLGA+HA/βTCP incorporando 1% de SIN. Arcabouços com SIN incorporada apresentaram composição adequada e porosidade para a engenharia de tecidos, também foram biocompatíveis para osteoblastos e células-tronco mesenquimais A incorporação da SIN melhorou a capacidade hidrofílica dos arcabouços, melhorando a adesão e absorção de proteínas em sua superfície. Adicionalmente, a concentração da SIN incorporada e liberada mostrou biocompatibilidade celular (SORDI et al., 2020). 24 2.5 ESTERILIZAÇÃO Diante dos resultados promissores in vitro obtidos por nosso grupo de pesquisa com os arcabouços de PLGA+HA/βTCP com SIN incorporada em estratégias de regeneração óssea e perante à dificuldade de preservar o ambiente asséptico no decorrer das fases de confecção dos arcabouços, a esterilização terminal torna-se preferencial ao processamento asséptico, sendo mais fácil do ponto de vista tecnológico e econômico. Desse modo, torna-se indispensável encontrar um método de esterilização terminal que não prejudique as propriedades físico-químicas do substituto ósseo (TIPNIS; BURGESS, 2018, ENCARNAÇÃO et al., 2019, SORDI et al., 2020). Os métodos de esterilização terminal mais comuns são vapor, calor a seco, gás de óxido de etileno (OE) e radiações ionizantes. Dentre eles, a esterilização por calor a seco e vapor são realizadas em alta temperatura e podem causar severa degradação das micropartículas poliméricas, tendo em vista que tanto o calor seco das estufas quanto o calor úmido das autoclaves necessitam de temperaturas acima de 120ºC para efetuar sua capacidade esterilizante. Porém, por conta da baixa temperatura de transição vítrea do PLGA, que varia entre 40 e 60° C dependendo da sua composição e do seu peso molecular, métodos que utilizam temperaturas elevadas podem causar severa degradação, hidrólise e instabilidade de substitutos ósseos com esse copolímero em sua composição (EDUARDO; ELKIN, 2008; ENCARNAÇÃO et al., 2019; HINES; KAPLAN, 2013; SORDI et al., 2020). A esterilização por radiação apresenta dois tipos, de acordo com a fonte de radiação: a esterilização por feixes de elétrons ou a esterilização por radiação gama. A esterilização por feixe de elétrons emprega um fluxo constante de elétrons de alta energia, enquanto a esterilização por radiação gama utiliza raios gama de alta energia, que tem elevado poder de penetração. A radiação gama é um processo rápido e exige uma dose em média de 25 kGy para eliminar a carga microbiana. No entanto, esta técnica apresenta alto custo e pode causar a degradação de polímeros (TIPNIS; BURGESS, 2018). Assim, diversos produtos à base de polímeros não suportam altas temperaturas utilizadas durante o processo de esterilização e são sensíveis à umidade usada na esterilização a vapor. No entanto, estes dispositivos podem ser esterilizados em baixas temperaturas utilizando o gás de OE, tornando-se uma opção viável para produtos termosenssíveis. A eficiência do gás OE depende da concentração do gás, temperatura, umidade relativa e duração da exposição ao gás (TIPNIS; BURGESS, 2018). 25 2.6 ÓXIDO DE ETILENO (OE) O OE é um éter cíclico altamente reativo com dois carbonos e um oxigênio (C2H4O). É um gás incolor à temperatura ambiente com ponto de ebulição a 11°C (LAMBERT; MENDELSON; CRAVEN, 2011). Altamente eficiente na esterilização de dispositivos médicos termosenssíveis e hidrosensíveis, age à baixas temperaturas e possui alto poder de penetração por ser um esterilizante gasoso. Sua atividade biocida depende do seu poder alquilante. Sua ligação irreversível com as bases nitrogenadas impedem a duplicação do material genético e, consequentemente, a multiplicação celular (TIPNIS; BURGESS, 2018). O método permite ajuste dos seus parâmetros de acordo com a sensibilidade do material. Atua em uma baixa faixa de temperatura (30-60ºC), comparado aos outros métodos de esterilização como o vapor ou calor à seco. Isso permite a esterilização de polímeros como o PLGA, uma vez que a temperatura de esterilização pode ser regulada para permanecer abaixo da temperatura de transição vítrea, logo, pode manter as propriedades físico-químicas dos materiais (RUTALA; GERGEN; WEBER, 1998; TIPNIS; BURGESS, 2018). Contudo, o OE é inflamável, explosivo na presença de oxigênio e pode produzir resíduos tóxicos. Para diminuir seus efeitos tóxicos e seus riscos, o OE é misturado com gases inertes, como fluorocarbonos e o dióxido de carbono (CO2). No decorrer do processo de esterilização, ocorrem reações químicas com outras substâncias, gerando subprodutos tóxicos que podem ser absorvidos pelo biomaterial esterilizado, podendo comprometer a saúde de quem irá manuseá-lo ou recebê-lo. Na presença de íons de cloreto, pode gerar subprodutos como a etilenocloridrina enquanto que em contato com a água, origina o etilenoglicol. Por essa razão, o controle de subprodutos é essencial, sendo necessário após o processo de esterilização que os dispositivos sejam submetidos aos processos de aeração mecânica e ambiental para a erradicação de resíduos tóxicos do OE e seus subprodutos (SILVA, 2007). A eficiência do processo de esterilização por OE depende de quatro parâmetros: (1) concentração de OE que pode variar entre 50 e 1200mg/L, a diminuição dos níveis de concentração pode resultar em tempos de aeração mais curtos e, com isso, surtir benefícios para o meio ambiente, saúde e segurança; (2) tempo de exposição, que pode durar entre 4 e 6 horas dependendo do tipo, densidade e volume do material; (3) temperatura, que é extremamente importante na letalidade microbiana (30-60ºC); e (4) umidade relativa de 20% à 80% necessária por facilitar a penetração do gás nas embalagens, aumentando o seu 26 poder (SILVA, 2007). Os materiais a serem esterilizados devem ser colocados em embalagens que possibilitem a entrada e a saída do OE e da umidade. O equipamento empregado no processo é composto por uma câmara de esterilização, aquecedor, bomba de vácuo, lavador de gases e comando eletrônico. O ciclo é iniciado automaticamente, com uma parada pré-programada para padronizar a umidade interna e a temperatura do dispositivo. Em seguida, ocorre a evacuação e diluição do oxigênio, onde é removido quase 97% do oxigênio da câmara de esterilização, gerando um vácuo. Na próxima etapa, chamada de condicionamento, a câmara é aquecida e umidificada para recuperar a umidade perdida durante o processo de evacuação e logo o OE é introduzido na câmara em uma pressão já estabelecida, mantendo o gás em contato com os materiais por um determinado período de tempo. O gás é removido da câmara por meio de bomba a vácuo, seguida por injeções de nitrogênio. Esse processo visa retirar o excesso do OE com segurança, evitando seu contato com o oxigênio presente no ar. Para finalizar o processo, inicia-se a aeração mecânica no interior do equipamento, onde pulsos de ar filtrado são injetados para realizar a hiperventilação dos materiais. Por fim,os materiais são encaminhados para uma sala de aeração ambiental ondem ficam expostos a circulação de ar e permanecem até que os resíduos tóxicos alcancem níveis seguros para manejo e uso em paciente (SILVA, 2007; TIPNIS; BURGESS, 2018). Os arcabouços confeccionados por poliésteres biodegradáveis, são comumente esterilizados por OE, quando comparados com outros métodos de esterilização como a radiação gama, calor ou vapor, por causar menor deformação no arcabouço. Holy et al. (2000) realizou um trabalho para determinar um processo de esterilização ideal para arcabouços de PLGA (75:25) comparando a alteração morfológica, o dano químico e o efeito a longo prazo na degradação do polímero. Foram comparados os métodos de esterilização por OE, radiação gama e plasma de descarga luminosa de radiofrequência de baixa temperatura (RFGD). Com seu estudo verificou que os arcabouços esterilizados por OE sofreram uma redução de 50% de seu volume inicial e não apresentaram alterações no seu peso molecular. Apesar da esterilização por OE ter um impacto maior nas dimensões do arcabouço inicialmente, após 8 semanas de degradação, os arcabouços apresentaram as mesmas dimensões quando comparados ao RFGD, considerado o método mais adequado (HOLY et al., 2001). Choi et al. (2001) relataram que durante o processo de esterilização por OE em microesferas de poli (L-ácido láctico) (PLLA), não ocorreram modificações na 27 estrutura e no peso molecular das microesferas, mas foi observada mudança na cristalinidade do PLLA, tornando-se excessivamente agregadas o que impossibilitaria a aplicação clínica (CHOI et al., 2001). Friess e Schlapp (2006) estudaram a esterilização de micropartículas de PLGA/colágeno carregadas de gentamicina. Eles observaram que a esterilização com OE resultou em uma diminuição do peso molecular. No entanto, os polímeros esterilizados não demonstraram alterações em sua estrutura química (FRIESS; SCHLAPP, 2006). Dormer et al. (2013) observaram a liberação de macromoléculas de microesferas (MPS) de PLGA (50:50) e MPS de PLGA/HA esterilizadas por OE. O método de esterilização não influenciou na liberação das proteínas pelas MPS de PLGA. Contudo, foi observado uma redução na liberação de proteínas nas MPS de PLGA/HA. Os dados da temperatura de transição vítrea forneceram uma distinção clara entre os biomateriais contendo HA e ou não. As MPS sem HA não sofreram alteração na sua temperatura de transição vítrea, enquanto nas MPS com há foi observado um aumento de 10°C (DORMER et al., 2013). Hsiao et al. (2012) estudaram a liberação de vancomicina a partir de MPS de PLGA esterilizadas por OE e concluíram que a liberação do antibiótico foi menor em MPS tratadas com OE do que nas MPS não tratadas (HSIAO et al., 2012). Levando-se em consideração que ainda não existe um consenso a respeito do uso de OE para a esterilização de fármacos associados aos polímeros biodegradáveis e diante dos resultados promissores utilizando PLGA+HA/βTCP com SIN incorporada para a regeneração óssea, propõe-se nesse estudo produzir arcabouços de poli(ácido lático-co- glicólico) com hidroxiapatita e β-fosfato tricálcio (PLGA+HA/βTCP) com e sem a incorporação de 2% sinvastatina (SIN), bem como analisar a influência da esterilização por óxido de etileno (OE) nas características físico-químicas dos arcabouços, comparando- se com grupos sem tratamento (controle positivo). 28 3 OBJETIVOS 3.1 OBJETIVO GERAL Produzir arcabouços de poli (ácido lático-co-glicólico) com hidroxiapatita e β- fosfato tricálcio (PLGA+HA/βTCP) com e sem a incorporação de 2% sinvastatina (SIN), bem como analisar a influência da esterilização por óxido de etileno (OE) nas características físico-químicas dos arcabouços, comparando-se com grupos sem tratamento (controle positivo). 3.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS − Avaliar a morfologia e tamanho dos poros na superfície dos arcabouços por microscopia eletrônica de varredura (MEV) nos grupos com e sem tratamento. − Quantificar os elementos químicos presentes na superfície dos arcabouços por espectroscopia por energia dispersiva (EDS) nos grupos com e sem tratamento. − Determinar a cristalinidade dos arcabouços por difração de raio-X (DRX) nos grupos com e sem tratamento. 29 4 METODOLOGIA 4.1 CONFECÇÃO DOS ARCABOUÇOS A produção dos arcabouços foi realizada no Laboratório de Virologia Aplicada da Universidade Federal de Santa Catarina (LVA, UFSC). A metodologia de confecção dos arcabouços foi baseada em Sordi, 2020 (SORDI et al., 2020). Os arcabouços foram produzidos com PLGA+HA/βTCP, obtidos pela técnica da evaporação do solvente. Dissolveu-se copolímero PLGA 1:1 (m:m) (Resomer® Evonik, Essen, Alemanha) em clorofórmio (10% v:m), em temperatura ambiente sob agitação constante. Após a dissolução completa do polímero, foram adicionadas partículas de sacarose (80%m:m) com granulação inferior a 500μm, bem como partículas de cerâmica bifásica (50μm de hidroxiapatita (70%) e β-TCP (30%)), na proporção 1:1 entre polímero e cerâmica. A solução foi vertida em moldes cilíndricos de 6mm de diâmetro por 10mm de altura. Os materiais permaneceram a temperatura ambiente para total evaporação do solvente. Os cilindros foram então retirados dos moldes e seccionados sobre uma placa de vidro com auxílio da lâmina de bisturi (Fava, Blumenau, Santa Catarina, Brasil) para obtenção das amostras. Em seguida, removeu-se a sacarose usando-se solução de álcool polivinílico ((C₂H₄O)n) em banhos de 24h, seguido por banhos de 24h com água destilada, sob agitação constante. Para os arcabouços com SIN incorporada (SIN≥97%, grau de cromatografia líquida de alta eficiência, HPLC, sólida M=418,57), o fármaco a uma concentração de 1% (m:m) adicionado no PLGA dissolvido em clorofórmio. Os demais passos para obtenção dos arcabouços com a incorporação de SIN foram os mesmos descritos acima. As amostras foram colocadas em um refratário para a secagem dos discos e armazenadas em cabines de fluxo laminar a fim de reduzir os riscos de contaminação. Após a secagem, foram obtidos os arcabouços apresentando em média 6mm de diâmetro e 1mm de espessura. Os arcabouços foram separados de 3 em 3 unidades e acondicionados em papel grau cirúrgico para esterilização, identificados de acordo com os seguintes grupos: - GRUPO 1: PLGA+HA/βTCP sem tratamento - GRUPO 2: PLGA+HA/βTCP+2%SIN sem tratamento - GRUPO 3: PLGA+HA/βTCP com tratamento - GRUPO 4: PLGA+HA/βTCP+2%SIN com tratamento 30 4.2 ESTERILIZAÇÃO DOS ARCABOUÇOS Parte dos arcabouços de PLGA+HA/βTCP+2%SIN e PLGA+HA/βTCP foram submetidos à esterilização por OE. As amostras foram dispostas em papel grau cirúrgico e enviados para esterilização através do serviço de esterilização do Hospital Universitário (HU) da UFSC para a empresa STERILAB® (Esterilização de Materiais Médicos Hospitalares) localizada em Pinhais, Paraná. Foi utilizada uma concentração de OE de 550 a 900 mg/L, por um período de 3 horas, em temperatura média de 55ºC e umidade entre 40 a 90%, em equipamento da marca SERCON. Para a eliminação dos resíduos produzidos pelo processo de esterilização por OE, posteriormente ao processo de esterilização, dentro do próprio equipamento os arcabouços foram submetidos pelo processo de aeração mecânica com doze pulsos de ar comprimido, contínuo de 1 hora de aeração ambiental. Após 2 dias de incubação, fazendo uso de Bacillus atrophaeus, o processo de esterilização foi atestado. Os demais arcabouços não foram esterilizados. Os quatro grupos passaram por todos os testes físico-químicos descritos a seguir. 4.3 CARACTERIZAÇÃO FÍSICO-QUÍMICA 4.3.1 Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) As amostras de PLGA+HA/βTCP e PLGA+HA/βTCP+2%SIN foram analisadas no Laboratório Central de Microscopia Eletrônica (LCME) da UFSC. Para a análise foi utilizado o microscópioeletrônico de varredura de alta resolução com filamento de tungstênio (JEOL JSM-6390 LV Scanning Electron Microscope, Massachusetts, USA), a uma tensão de 10kV. As amostras foram dispostas sobre stubs metálicos, fixadas por meio de fita de carbono dupla face e levadas a um aparelho metalizador para receberem recobrimento de Ouro-Paládio. Amostras de PLGA+HA/βTCP e PLGA+HA/βTCP+2%SIN com tratamento e sem tratamento foram avaliadas com diferentes ampliações (X50, X100, X500 e X1000). 4.3.2 Espectroscopia por energia dispersiva (EDS) A análise por espectroscopia por energia dispersiva (EDS) foi realizada no LCME da UFSC, utilizando equipamento acoplado ao microscópio eletrônico de varredura de alta resolução (JEOL JSM-6390LV Scanning Electron Microscope, Massachusetts, USA). Utilizando micrografias de aumento X500 de cada grupo, foram selecionadas duas áreas de cada micrografia e realizada a espectroscopia, analisando qualitativamente a 31 composição química da superfície das amostras, em uma voltagem de 10kV. 4.3.3 Difração de Raio-X (DRX) A Difração de Raio-X (DRX) foi realizada no Laboratório Multiusuário de Difração de Raio X (LDRX) da UFSC. As amostras de PLGA+HA/βTCP e PLGA+HA/βTCP+2%SIN com e sem tratamento foram dispostas separadamente sobre uma placa de vidro e fixadas com gel spray e levadas ao equipamento. O equipamento utilizado para a análise foi o difratômetro de raio-X (MiniFlex600, Rigaku, Texas, USA) equipado com detector D/teX Ultra e uma fonte de cobre. As amostras foram analisadas em um intervalo de 5 a 90°C (2θ) com step-size de 0,05°C e velocidade de 10ºC/min, com tensão de 40kV, corrente de 15 mA, em temperatura ambiente (~21°C). 32 5 RESULTADOS A caracterização físico-química dos arcabouços foi realizada por microscopia eletrônica de varredura (MEV), espectroscopia por energia dispersiva (EDS), difração de raios X (DRX). 5.1 CARACTERIZAÇÃO FÍSICO-QUÍMICA 5.1.1 Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) As imagens obtidas a partir da análise por MEV das amostras de PLGA+HA/βTCP e PLGA+HA/βTCP+2%SIN estão dispostas nas Figuras 1 e 2, respectivamente. Foi possível observar que a morfologia dos arcabouços apresentou uma superfície livre de fissuras mesmo após o tratamento por OE. Nos grupos com o tratamento por OE verificou-se um maior número de macro- e micro-poros em comparação aos grupos sem tratamento, entretanto não ocorreu alterações consideráveis nas superfícies das amostras. No aumento de X50 e X100 nas amostras de PLGA+HA/βTCP com tratamento e no aumento de X50 nos grupos das amostras de PLGA+HA/βTCP+2%SIN com tratamento (Figura 1 e 2, seta vermelha) observou-se partículas de HA/βTCP bem inseridas. Na ampliação de X50 e X100 (Figura 1, seta azul) nas amostras de PLGA+HA/βTCP com tratamento foi observada uma fratura na amostra consequente do processo de confecção do arcabouço. 33 Figura 1 - MEV das amostras de PLGA+HA/βTCP com e sem tratamento. Imagens obtidas por microscopia eletrônica de varredura (MEV) com X50, X100, X500 e X1000 de ampliação, a partir de amostras dos grupos de PLGA+HA/βTCP sem sinvastatina. SEM SINVASTATINA Fonte: Autoria própria (2020) 34 Figura 2 - MEV dos arcabouços de PLGA+HA/βTCP+2%SIN com e sem tratamento. Imagens obtidas por microscopia eletrônica de varredura (MEV) com X50, X100, X500 e X1000 de ampliação, a partir de amostras de PLGA+HA/βTCP+2%SIN com e sem tratamento. COM SINVASTATINA Fonte: autoria própria (2020) 35 5.1.2 Espectroscopia por energia dispersiva (EDS) As análises de EDS das superfícies das amostras dos grupos com e sem tratamento mostraram que os arcabouços são formados principalmente pelos elementos químicos Carbono (C), Cálcio (Ca), Fósforo (P) e Oxigênio (O). Outros elementos químicos como: Nióbio (Nb), Magnésio (Mg), Tecnécio (Tc), Rubídio (Rb), Bismuto (Bi), Silício (Si), Bromo (Br) e Nitrogênio (N) apresentam-se em menor concentração. Os arcabouços de PLGA+HA/βTCP+2%SIN com tratamento (Figura 3) demostraram um aumento do elemento químico carbono (5371) em comparação aos arcabouços de PLGA+HA/βTCP+2%SIN sem tratamento (Figura 4) (4255). O mesmo ocorreu com os arcabouços de PLGA+HA/βTCP com tratamento (Figura 5) (7957) em comparação aos arcabouços de PLGA+HA/βTCP sem tratamento (Figura 6). Os elementos químicos Ca, P e O não apresentaram alteração expressiva. Figura 3 – Gráficos obtidos a partir de espectroscopia por energia dispersiva (EDS) das amostras de PLGA+HA/βTCP+2%SIN com tratamento por óxido de etileno (OE). Fonte: autoria própria (2020) PLGA+HA/βTCP+2%SIN COM TRATAMENTO PLGA+HA/βTCP+2%SIN COM TRATAMENTO 36 Figura 4 – Gráficos obtidos a partir de espectroscopia por energia dispersiva (EDS) das amostras de PLGA+HA/βTCP+2%SIN sem tratamento por óxido de etileno (OE). Fonte: autoria própria (2020) PLGA+HA/βTCP+2%SIN SEM TRATAMENTO PLGA+HA/βTCP+2%SIN SEM TRATAMENTO PLGA+HA+ΒTCP+COL+2% SEM TRATAMENTO 37 Figura 5 – Gráficos obtidos a partir de espectroscopia por energia dispersiva (EDS) das amostras de PLGA+HA/βTCP com tratamento por óxido de etileno (OE). Fonte: autoria própria (2020) PLGA+HA/βTCP COM TRATAMENTO PLGA+HA/βTCP COM TRATAMENTO 38 Figura 6 – Gráficos obtidos a partir de espectroscopia por energia dispersiva (EDS) das amostras de PLGA+HA/βTCP sem tratamento por óxido de etileno (OE). Fonte: autoria própria (2020) 5.1.3 Difração de raio-X (DRX) A difração de raio-X dos arcabouços de PLGA+HA/βTCP e PLGA+HA/βTCP+2%SIN, com tratamento por OE e sem tratamento, são apresentadas nas Figuras 7 e 8. As amostras apresentam regiões de picos que indicam a presença de HA, βTCP e SIN, substâncias de natureza cristalina, indicando que os arcabouços de PLGA+HA/βTCP e PLGA+HA/βTCP+2%SIN incorporaram esses materiais. Comparando o comportamento do dos arcabouços de mesma composição antes e depois da esterilização por OE, é possível observar a semelhança dos os picos de intensidade de difração, o que indica que os parâmetros de pressão e temperatura no tratamento com OE não modificaram as características do biomaterial. PLGA+HA/βTCP SEM TRATAMENTO PLGA+HA/βTCP+ SEM TRATAMENTO 39 Figura 7 – Gráfico obtidos através da análise de difração de raios X (DRX) das amostras de PLGA+HA/βTCP e PLGA+HA/βTCP com tratamento (linha vermelha) ou não (linha preta) por óxido de etileno (OE). Fonte: autoria própria (2020) Figura 8 - Gráficos obtidos através da análise de difração de raios X (DRX) das amostras de PLGA+HA/βTCP+2%SIN e PLGA+HA/βTCP+2%SIN com tratamento (linha vermelha) ou não (linha preta) por óxido de etileno (OE). Fonte: autoria própria (2020) 40 6 DISCUSSÃO As biocerâmicas de fosfato de cálcio bifásico (HA/βTCP) associadas ao copolímero PLGA e à SIN têm demonstrado bastante eficácia na regeneração de defeitos ósseos, devido a sua biocompatibilidade, osteocondutividade, capacidade osteoindutora e segurança in vitro e in vivo (ENCARNAÇÃO et al., 2019; SORDI et al., 2020). Contudo, os estudos dificilmente mencionam o método de esterilização empregado, ao que tudo indica, em virtude da sensibilidade do material. Existe atualmente uma literatura escassa com relação à influência da esterilização no comportamento biológico e características físico-químicas de arcabouços de PLGA+HA/βTCP incorporando substâncias farmacológicas. No contexto atual, encontrar um método de esterilização que promova a esterilidade do biomaterial sem alterar sua eficiência e sem gerar resposta inflamatória ao paciente é indispensável para avançar com os estudos clínicos sobre engenharia tecidual. Desta maneira, os resultados atingidos com o presenteestudo são relevantes para elucidar os efeitos da esterilização por OE em biomateriais de PLGA+HA/βTCP com e sem SIN incorporada. A análise por MEV da estrutura física das amostras de PLGA+HA+βTCP na proporção (1:1) sem e com SIN 2% incorporada revelou que os arcabouços apresentam macro- e micro-poros na estrutura do polímero, sendo que, após a esterilização com OE observou-se maior número destes poros. Além disto, observou-se partículas de HA/βTCP inseridas e dispersas no polímero. Pesquisas anteriores também obtiveram resultados similares quanto a presença destas características em arcabouços de PLGA+HA/βTCP na proporção (3:1) com e sem SIN 5% incorporada após esterilização por OE (SORDI et al., 2020). A presença da porosidade em biomateriais empregados em engenharia tecidual óssea é fundamental, já que têm sido demonstrados que materiais porosos são capazes de estimular a proliferação celular por promoverem melhor adsorção de fluidos pelo material, facilitando a formação de tecidos em uma rede organizada (SANTOS et al., 2009). O atual estudo demonstrou alterações pontuais em algumas amostras, similares a fraturas, possivelmente decorrentes do momento de corte das amostras durante a sua produção. O EDS revelou que os arcabouços são formados principalmente pelos elementos químicos Carbono (C), Cálcio (Ca), Fósforo (P) e Oxigênio (O). O PLGA é composto por carbono, oxigênio e hidrogênio, assim como a SIN (C25H38O5). Por outro lado, a hidroxiapatita é representada pela fórmula química (Ca10(PO)4)6(OH)2), enquanto o beta fosfato tricálcio tem a fórmula β-Ca3(PO4)2. A presença destes 4 elementos em arcabouços 41 de PLGA+HA+βTCP está de acordo com a literatura (ENCARNAÇÃO et al., 2019; SORDI et al., 2020). O equipamento de EDS não detecta elementos químicos com número inferior a 5, por esse motivo, o elemento hidrogênio não pode ser detectado na análise. O aumento de carbono após a esterilização, pode ser justificado devido ao poder de alquilação do gás. Assim, o gás pode promover reações que adicionam hidroxietil (-CH2- CH2-OH) em grupo funcionais como a hidroxila (-OH), existente na molécula de PLGA e da SIN (FRANÇA et al., 2013). Os elementos químicos como Nióbio (Nb), Magnésio (Mg), Tecnécio (Tc), Rubídio (Rb), Bismuto (Bi), Silício (Si), Bromo (Br), e Nitrogênio (N) foram detectados nas análises do presente estudo, possivelmente devido à presença destes nos materiais utilizados para a confecção e esterilização do arcabouço; contudo, é necessário a repetição do estudo para confirmar os resultados. Segundo Gentile et al. (2014), o PLGA é um copolímero linear de cadeia saturada que pode ser preparado em diferentes proporções dos monômeros ácido láctico (LA) e o ácido glicólico (GA) (GENTILE et al., 2014). A variação na proporção dos monômeros utilizados na polimerização do PLGA possibilita a formação de diversos copolímeros, tornando-o útil a uma gama de aplicações (SANTOS et al., 2009). O ácido láctico (α-ácido 2-hidroxipropianóico, LA) presente na síntese do PLGA é uma molécula quiral, que apresenta estereoisômeros L- (levogiro) e D- (dextrogiro) ácido lático. As formas levogira e dextrogira conferem estruturas semicristalinas, enquanto a forma racêmica (D, L-) confere uma estrutura amorfa. O ácido glicólico (ou ácido hidroxiacético, GA), também presente na fabricação do PLGA, é um α-hidróxi-ácido desprovido de quaisquer grupos laterais metilo, apresentando uma estrutura altamente cristalina em comparação ao ácido lático (ALBERTON, 2014). De acordo com a literatura, o PLGA associado as cerâmicas HA e βTCP, materiais de caráter cristalino, sofrem modificações na sua composição e no seu comportamento (PARK; KANG, 2013). Os resultados das análises de DRX dos arcabouços de PLGA+HA+βTCP com e sem SIN incorporada, com e sem tratamento, revelaram que o biomaterial é de natureza cristalina, concordando com os dados apresentados acima. A SIN é um fármaco com estrutura cristalina. De acordo com a literatura, essa característica pode ser observada através do DRX no qual é observado picos de 11°; 13°; 15,5°, 16,5°; 17,5°, 19°; 22,5°; 26°; 28,5°, e 32° caracterizando os diferentes ângulos de difração da molécula (MASAELI et al., 2016). A falta de alguns destes picos após a incorporação da SIN no PLGA foi detectada em outros estudos, sugerindo a provável incorporação do fármaco ao polímero (MASAELI et al., 2016; QIAO et al., 2017). No 42 presente estudo, também se observou a ausência de alguns destes picos nas amostras de PLGA+HA+βTCP+2%SIN antes e após o tratamento por óxido de etileno, indicando que não houve modificações quanto ao encapsulamento do fármaco. Faz-se necessário a repetição do experimento para garantir a confirmação dos dados. Diante das informações expostas, foi possível verificar que o método de esterilização dos arcabouços PLGA+HA/βTCP e PLGA+HA/βTCP+2%SIN, por óxido de etileno, provocou mínimas alterações estruturais e químicas nos arcabouços. Entretanto, o presente trabalho refere-se a um estudo de caracterização físico-química. Sugere-se trabalhos futuros in vitro e in vivo para avaliar o comportamento biológico destes arcabouços submetidos a diferentes métodos de esterilização, para garantir a segurança e eficácia do biomaterial a ser usado em aplicações clinicas. . 43 7 CONCLUSÃO Com base nos experimentos realizados, pode-se concluir que a esterilização por óxido de etileno não interferiu nas características físico-químicas dos arcabouços de PLGA+HA/βTCP e PLGA+HA/βTCP+2%SIN, sugerindo ser um método viável para esterilização de arcabouços desta natureza. Contudo, análises de viabilidade celular são essenciais para avaliar o comportamento biológico do biomaterial frente à esterilização por óxido de etileno, assim também como análises microbiológicas. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ALBERTON, J. Preparação e caracterização de biocompósitos e bionanocompósitos com matriz de poli (ácido láctico). 2014. 167f. Tese (Doutorado) – Programa de Pós-Graduação em Ciências e Engenharia de Materiais, Universidade Federal de Santa Catarina, Florianópolis, 2014. BARBANTI, S. H. et al. Porous and dense poly(L-lactic acid) and poly(D,L-lactic acid-co- glycolic acid) scaffolds: In vitro degradation in culture medium and osteoblasts culture. Journal of Materials Science: Materials in Medicine, v. 15, n. 12, p. 1315–1321, 2004. BROWN, W. V. Safety of statins. Current Opinion in Lipidology, v. 19, n. 6, p. 558–562, dez. 2008. BUSER, D. 20 Anos de Regeneração Óssea Guiada na Implantodontia. 2. ed. São Paulo: Quintessence, 2010. 276 p. BUSER, D. et al. 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