BIOMATERIAIS DE HIDROXIAPATITA DOPADA COM CÉRIO OU GÁLIO: síntese, caracterização e propriedades biológicas

Abstract

RESUMO: Biomateriais têm sido cada vez mais utilizados como produtos de restauração e de preenchimento de tecidos ósseos. A hidroxiapatita dopada (dop-HA) e suas associações à fármacos ou a polissacarídeos, podem ser uma dessas alternativas. Nesse estudo, a síntese das dop-HAs ocorreu via método da precipitação química, utilizando como dopantes os íons gálio (Ga) e cério (Ce). As formulações dos biomateriais associadas entre a Ga-HA e um fármaco (clorexidina - CLX) e a Ce-HA e um polissacarídeo (quitosana - QT) foram fabricadas. O biocompósito Ga-HA/CLX, na forma de micropartículas funcionalizadas, foi obtido via adsorção sólido-líquido variando a concentração da CLX (0,20; 0,80 e 1,20% v/v). Para esse material, foram realizados cálculos computacionais, através de cálculos DFT (Density Functional Theory), para verificar a termodinâmica favorável das interações entre a cerâmica e o antisséptico. Já o compósito Ce-HA/QT, na forma de um scaffold, foi manufaturado a partir da liofilização de um hidrogel obtido via complexação polieletrolítica, sem a utilização de um agente químico reticulante e o mesmo teve as suas propriedades mecânicas (módulo de Young, tensão máxima e deformação) avaliadas segundo a ASTM Standards D 2990-01. As partículas de HAs e os biomateriais foram caracterizados por diferentes técnicas, seguida da avaliação de algumas das suas propriedades biológicas (atividade antibacteriana via contato direto e viabilidade celular in vitro via método colorimétrico). Por meio da espectroscopia de fotoelétrons excitados por raios X (XPS) e espectroscopia por energia dispersiva (EDS) foi possível identificar a presença dos íons dopantes e calcular razão Ca/P que variou entre 1,50 a 1,72. Os materiais apresentaram eficiência inibitória contra as cepas bactérias Staphylococcus aureus e Escherichia coli. Os níveis de viabilidade celular (fibroblastos) foram superiores a 80%; logo, os materiais sintetizados nesse estudo foram classificados como sendo não-tóxicos. Os resultados corroboraram a classificar os biocompósitos fabricados como potenciais materiais a serem aplicados na área da engenharia tecidual óssea.

ABSTRACT: Biocomposites have been increasingly applied as orthopedics materials in the area of bone tissue engineering. Doped-hydroxyapatite (dop-HA) and its associations with drugs or polysaccharides may be one such alternative source. In this research, the synthesis of dop-HAs occurred via the chemical precipitation method. Gallium (Ga) and cerium (Ce) were used as doping ions. After synthesis and characterization of the hydroxyapatites, formulations of a Ga-HA/antiseptic (chlorhexidine - CLX) and Ce-HA/polysaccharide (chitosan - CS) composites were obtained. The Ga-HA/CLX biocomposite, functionalized hydroxyapatite particles, was obtained by adsorption at the liquid–solid interface. Three chemical concentration ranges of the CLX were chosen (0.20, 0.80, and 1.20% v/v). The Ce-HA/CS composite, in the form of a scaffold, was manufactured from the freeze-dried of a hydrogel obtained by a polyelectrolytic complexation without the use of a chemical cross-linking agent. The particles and biocomposites were characterized by DR-X, FT-IR, TGA/DTG, XPS, SEM, and EDS. Then, the materials had their antibacterial properties and in vitro cell viability studied. Through XPS and EDS analyzes it was possible to identify the presence of the doping ions and the Ca/P ratios ranging from 1.50 to 1.72. The materials exhibit antibacterial effect against strains of Staphylococcus aureus and Escherichia coli. The cell viability percentages were of more than 80% and the materials were classified as non-toxic. The computational thermodynamic analysis (Density Functional Theory) was used to study the interactions between Ga-HA and CLX and, finally, the Ce-HA/CS scaffold had its mechanical properties (Young's modulus, stress and strain) evaluated according to ASTM Standards D 2990-01. Therefore, the final results classify the composites obtained as possible materials that can be applied in the area of bone tissue engineering.