Resumo: O desenvolvimento de biomateriais com características que atendam às necessidades especificas de cada aplicação e apresentem interação adequada com o sistema biológico ao qual estará inserido tem motivado diversas pesquisas nas últimas décadas. Polímeros, sintéticos e naturais, compõe a classe de materiais mais explorados para fins terapêuticos principalmente devido a suas propriedades intrínsecas, versatilidade e facilidade modificação. Além disso, a combinação de polímeros sintéticos e naturais, através de blendas, compósitos ou funcionalização de superfície podem conferir propriedades estruturais e mecânicas únicas de interesse para a aplicação como biomateriais. As técnicas de polimerização via radicais livres e de polimerização radicalar controladas têm se estabelecido como ferramentas robustas e poderosas para a síntese materiais poliméricos, possibilitando a manipulação química e estrutural do material. Nesta tese desenvolvemos distintos materiais a partir de um polímero catiônico responsivo a estímulos de pH e temperatura, poli(metacrilato de 2-(dimetilamino) etila) (PDMAEMA) e nanocristais de celulose (CNC), vislumbrando aplicações como a terapia gênica e a liberação controlada de fármacos ou biomoléculas ativas. (i) CNCs foram enxertados com PDMAEMA através da técnica de polimerização radicalar por transferência de átomo organocatalizada (O-ATRP). O método de síntese foi eficiente para a enxertia das cadeias de PDMAEMA na superfície dos CNC, o que foi demostrado por diferentes técnicas de espectroscopia. O material sintetizado foi completamente caracterizado em relação as suas propriedades físico-químicas, comportamento responsivo diante de estímulos de pH e temperatura e morfologia. Além disso, o CNC-g-PDMAEMA foi utilizado para a produção de poliplexos em um dispositivo de microfluídica. Os poliplexos apresentaram características promissoras para a sua utilização como um vetor para terapia gênica. ii) Hidrogéis de PDMAEMA reforçados com CNC foram sintetizados através da polimerização radicalar livre visando sua aplicação na liberação controlada de fármacos e moléculas bioativas. A influência da concentração de CNC nas propriedades físico-químicas, entumecimento em diferentes pH e temperatura, estabilidade, comportamento reológico, morfologia, carregamento, encapsulação e liberação de ibuprofeno foi avaliada. CNC foi homogeneamente disperso nas redes de hidrogel e interagiu com PDMAEMA. A concentração de CNC impactou a microestrutura dos hidrogéis, diminuiu a capacidade de intumescimento sob estímulos de pH e temperatura, melhorou as características reológicas e o controle da liberação de ibuprofeno. Considerando os resultados obtidos, H8 demonstrou o maior potencial para ser empregado em sistemas de liberação de fármacos. iii) Hidrogéis compósitos reforçados com 8% de CNC foram sintetizados por polimerização radicalar livre e carregados com uma molécula bioativa, poli(limoneno) (PLM), em diferentes concentrações. Os hidrogéis compósitos incorporados com PLM foram caracterizados em relação às propriedades físico-químicas, estruturais, comportamento reológico, entumecimento em diferentes condições de pH e temperatura, liberação de PLM e atividade antimicrobiana. O hidrogel compósito e o PLM foram capazes de interagir e PLM se encontrava homogeneamente distribuído na estrutura microporosa do hidrogel. Os hidrogéis carregados com PLM exibiram propriedades reológicas e menor capacidade de entumecimento, enquanto a estabilidade térmica e organização cristalográficas se mantiveram inalteradas. A liberação de PLM ocorreu a uma baixa taxa. Além disso, a impregnação do hidrogel com PLM conferiu a ele capacidade antioxidade a antimicrobiana contra P. aeruginosa and S. aureus, sugerindo que os hidrogéis sintetizados apresentam potencial para serem utilizados como curativo ativo Ver menos

Abstract: The development of biomaterials that fulfills the specific requirements of each application and presents an adequate interaction with the biological system has motivated several researchers in recent decades. Synthetics and natural polymers are the most explored materials for therapeutic purposes, mainly due to their intrinsic properties, versatility, and ease of modification. Besides, combining synthetic and natural polymers through blends, composites, or surface functionalization, can originate unique structural and mechanical properties of interest for application as biomaterials. Free radical polymerization and controlled radical polymerization techniques have stood out as robust and powerful tools for synthesizing polymeric materials, enabling chemical and structural manipulation. In this thesis, we developed different materials from a cationic polymer responsive to pH and temperature stimuli, poly(2-(dimethylamino)ethyl methacrylate) (PDMAEMA) and cellulose nanocrystals (CNC), aiming applications such as gene therapy and controlled delivery of drugs or active biomolecules. (i) CNC was grafted with PDMAEMA using the metal-free organocatalyzed atom transfer radical polymerization technique (O-ATRP). PDMAEMA was successfully grafted on CNC surface, which was demonstrated by different spectroscopy assays. The synthesized material was fully characterized regarding its physicochemical properties, responsive behavior under pH and temperature stimuli, and morphology. In addition, CNC-g-PDMAEMA was used to produce complexes of polymer and DNA, denominated as polyplexes, in a microfluidic device. Polyplexes have shown promising characteristics for their use as a vector for gene therapy. ii) CNC-reinforced PDMAEMA hydrogels were synthesized through free radical polymerization seeking their application in the controlled release of drugs and bioactive molecules. The influence of CNC concentration on physicochemical properties, swelling at different pH and temperature, stability, drug loading and encapsulation, rheological behavior, and morphology of hydrogels was evaluated. CNC was homogeneously dispersed into the hydrogel networks and could interact with PDMAEMA. The concentration of CNC impacted the hydrogels’ microstructure, diminished the swelling capacity under pH and temperature stimuli, and improved the rheological features and the control of ibuprofen release. Considering the obtained results, H8 demonstrated the higher potential to be employed in drug delivery systems. iii) Composite hydrogels reinforced with 8% CNC were synthesized by free radical polymerization and loaded with a bioactive molecule, poly(limonene) (PLM), at different concentrations. The composite hydrogels incorporated with PLM were characterized by their physicochemical and structural properties, rheological behavior, swelling under different pH and temperature conditions, antioxidant capacity, and antimicrobial activity. The composite hydrogel and the PLM interacted, and PLM was homogeneously distributed in the microporous structure of the hydrogel. PLM-loaded hydrogels exhibited enhanced rheological properties and lower swelling capacity, while thermal stability and crystallographic organization remained unchanged. The release of PLM occurred at a low rate. Besides, the PLM loading provided the hydrogel antioxidant capacity and antimicrobial activity against P. aeruginosa and S. aureus, suggesting they are feasible candidates for active wound dressing Ver menos