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Type: TESE DIGITAL
Degree Level: Doutorado
Title: Síntese de nanopartículas de sílica - fosfato de cálcio mesoporosa biodegradáveis e pH-responsivas como carregador de osteopontina : mineralização intrafibrilar biomimética de colágeno tipo I = Synthesis of pH-responsive biodegradable mesoporous silica-calcium phosphate nanoparticles as osteopontin-drug delivery system : biomimetic intrafibrillar mineralization of type I collagen
Title Alternative: Synthesis of pH-responsive biodegradable mesoporous silica-calcium phosphate nanoparticles as osteopontin-drug delivery system : biomimetic intrafibrillar mineralization of type I collagen
Author: Ferreira, Paulo Vítor Campos, 1989-
Advisor: Consani, Simonides, 1939-
Abstract: Resumo: O conceito de mineralização via Polymer-Induced Liquid-Precusor (PILP) baseia-se no uso de polímeros eletronegativos, rotineiramente ácido poliaspártico (pAsp), para estabilização de íons e posterior formação de biominerais em fase amorfa. Diante dos excelentes resultados obtidos em estudos in vitro, torna-se pertinente a aplicação deste processo no desenvolvimento de biomateriais para uso médico e odontológico. No entanto, alterações do ambiente fisiológico podem afetar de forma negativa a formação de minerais via PILP. Logo, o objetivo deste estudo foi investigar o efeito de diferentes condições de pH no processo de mineralização via PILP. Adicionalmente, a aplicação de nanopartículas de sílica mesoporosa (biodegradáveis e responsivas a pH) (MSN-CaP) como veículo transportador de agentes PILP foi avaliada. Osteopontina (OPN), uma proteína não colagenosa altamente carregada negativamente e de forte afinidade a íons Ca2+, foi utilizada como agente indutor de formação mineral do tipo PILP. As nanopartículas de sílica mesoporosa foram sintetizadas via método de Stöber modificado. Caracterizações morfológicas foram realizadas por microscopia eletrônica de varredura (MEV), microscopia eletrônica de transmissão (MET) e espalhamento dinâmico de luz (DLS - Dynamic Light Scattering). Análise elementar foi realizada por espectroscopia por energia dispersiva de raios-X (EDX) e espectroscopia por Infra vermelho (Ftir). Ensaio de degradação das MSN-CaP foi realizado em diferentes condições de pH (5,5, 6,5 e 7,4) durante o período de 48 horas, por meio da avaliação da liberação de cálcio utilizando método colorimétrico (650 nm). As partículas foram carregadas com OPN via método de impregnação. Determinação de proteínas carregadas e liberadas, pela partícula, foi realizada pelo método de Lowry. Ensaio de liberação de OPN pelas nanopartículas foi realizado em soluções PBS com diferentes valores de pH (5,5, 6,5 e 7,4). Ensaios de mineralização in vitro foram realizados utilizando esponjas de colágeno reconstituído tipo I. Solução mineralizadora contendo CaCl2.2H2O 9 mM e K2HPO4 4,2 mM foi preparada em diferentes condições de pH. As amostras de colágeno permaneceram em solução remineralizadora (48 horas, 37ºC) e depois caracterizadas utilizando MEV/EDX. Partículas esféricas em escala nanométrica (aproximadamente 136.3 nm) foram obtidas. As MSN-CaP apresentaram comportamento pH-dependente durante o processo de degradação. Maior liberação de Ca2+ foi observado com pH 5.5. Aproximadamente 66% de eficiência no carregamento da proteína com as partículas foi alcançado, independente da concentração de proteínas utilizada no processo de carregamento. O padrão de liberação de proteínas na primeira hora de exposição foi similar aos resultados de liberação de Ca2+. No entanto, após a primeira hora as partículas apresentaram o mesmo padrão de liberação de OPN para todas condições de pH. OPN não foi capaz de induzir formação de mineral em condições de pH ácido. Os grupos experimentais MSN-CaP apresentaram o mesmo padrão em ambas situações de pH. Adicionalmente, observou-se deposição de partículas sobre as fibras colágenas com provável deposição de fosfato de cálcio amorfo. Portanto, conclui-se que condições de pH ácido influenciam negativamente no processo mineralização induzido por OPN. Adicionalmente, sugere-se que MSN-CaP possa atuar como agente de carregamento de OPN em diferentes situações de pH

Abstract: Polymer-Induced Liquid-Precursor (PILP) mineralization concept is based on ions stabilization and subsequent amorphous phase mineral formation by high negative electrical charge polymers, commonly polyaspartic acid (pAsp). In view of excellent results obtained on in vitro studies, the biomaterial development to medical and dental applications based on this process became relevant. However, PILP mineral formation could be negatively affected by physiological environmental changes. Therefore, the aim of this study was to investigate the effect of different pH conditions on the PILP mineralization. In addition, the application of a pH-responsive biodegradable mesoporous silica-calcium phosphate nanoparticle (MSN-CaP) as a PILP-drug delivery system was investigated. Osteopontin (OPN), a highly negatively charged non-collagenous protein with a strong affinity for Ca2+ ions, was used as an inducing agent for PILP-type mineral formation. Particles were synthesized using the modified Stöber method. Morphological characterizations were performed by Scanning Electron Microscopy (SEM), Transmission Electron Microscopy (MET) and Dynamic Light Scattering (DLS). Elementary analysis was performed by Energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDX) and Infrared Spectroscopy (Ftir). Degradation test of MSN-CaP was carried out under different pH conditions (5.5, 6.5, and 7.4) during 48 h by calcium release evaluation (650 nm). Particles were loaded with OPN via impregnation method. The measurement of proteins loaded and released by MSN-CaP was performed using the Lowry method. OPN nanoparticles releasing test was performed in PBS solutions with different pH values (5.5, 6.5 and 7.4). In vitro mineralization tests were performed using type I reconstituted collagen sponges. Mineralizing solution containing 9 mM CaCl2.2H2O and 4.2 mM K2HPO4 was prepared for the experiments under different pH conditions. The collagen samples remained in mineralizing solution (48 h, 37ºC) and were characterized using SEM/EDX afterwards. Spherical nanoscale particles (approximately 136.3 nm) were obtained. MSN-CaP showed a pH-dependent behavior during the degradation process. Greater Ca2+ releasing was observed at pH 5.5. Approximately 66% of efficiency in loading the protein with the particles was achieved regardless of protein concentration used in the loading process. The pattern of protein release at the first hour of exposure was similar to the results of Ca2+ release. However, the particles showed the same pattern of OPN release for all pH conditions after the first hour. Intrafibrillar mineralization was observed in the OPN experimental group at pH 7.4. However, osteopontin was not able to induce mineral formation under acidic pH conditions. The MSN-CaP experimental groups showed the same pattern in both pH situations. Therefore, it is concluded that acidic pH conditions negatively influence the OPN-induced mineralization process. Additionally, it is suggested that MSN-CaP can act as an OPN loading agent in different pH situations
Subject: Mineralização
Materiais biomiméticos
Osteopontina
Nanopartículas de sílica
Language: Multilíngua
Editor: [s.n.]
Citation: FERREIRA, Paulo Vítor Campos. Síntese de nanopartículas de sílica - fosfato de cálcio mesoporosa biodegradáveis e pH-responsivas como carregador de osteopontina: mineralização intrafibrilar biomimética de colágeno tipo I = Synthesis of pH-responsive biodegradable mesoporous silica-calcium phosphate nanoparticles as osteopontin-drug delivery system : biomimetic intrafibrillar mineralization of type I collagen. 2020. 1 recurso online (46 p.) Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Odontologia de Piracicaba, Piracicaba, SP.
Date Issue: 2020
Appears in Collections:FOP - Tese e Dissertação

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