Desenvolvimento e caracterização de matrizes compósitas tridimensionais flexíveis de quitosana/vidro bioativo para aplicação potencial no tratamento e regeneração de lesões cutâneas

A engenharia de tecidos é uma ciência que busca substitutos biológicos que permitam a restauração e a melhoria do funcionamento dos tecidos afetados por injúrias ou doenças. Dentre essas, as lesões cutâneas apresentam grande importância tendo em vista as várias funções da pele. Sob circunstâncias normais, a cura da lesão progride de forma ordenada, no entanto, podem ocorrer alterações chamadas desordens dermatoproliferativas. Fatores como esses apontam para a necessidade do desenvolvimento de cobertura tópica capaz de permitir a reepitelização do local lesado de forma ordenada. Uma alternativa é a produção de matrizes compósitas 3D flexíveis produzidas por formação de espuma, que dão suporte a cultura celular. Estes materiais devem ter porosidade adequada, tamanho de poro apropriado, interconectividade e comportamento mecânico compatível com as características do tecido nativo. No presente trabalho, relatamos o desenvolvimento e a caracterização de novas espumas compósitas 3D flexíveis de quitosana (QUI) combinadas com vidro bioativo (VB) (SiO2-CaO-P2O5), produzido através da rota sol-gel. As espumas foram obtidas por agitação vigorosa e em proporções de QUI/VB de 1:0, 3:1 e 1:1. Além dos efeitos de reticulação física esperados pela incorporação do vidro bioativo, o mesmo trás consigo o carater antimicobiano aprimorado, desejado aos biomateriais destinados aplicação tópica. A caracterização foi realizada por FTIR, DRX, Raman, MEV e micro-CT para avaliar as características estruturais e a porosidade das amostras. Foram realizados ensaios mecânicos de compressão estática e um teste de compressão de deflexão constante. Os testes de citotoxicidade foram realizados através de MTT, eluição, LIVE/DEAD® e testes de atividade de fosfatase alcalina também foram conduzidos. Foram realizados ensaios de degradação em ambiente aquoso e análise da perda de massa e mudanças estruturas por 84 dias. Ambas as espumas obtidas apresentaram uma estrutura altamente porosa com interconectividade. As espumas com VB demonstraram um aumento da resistência a compressão e aumento do módulo de elasticidade, diminuição da perda de massa por degradação e um tamanho de poro mais homogêneo em comparação a espuma de quitosana pura. A presença do VB foi capaz de modular a capacidade de permeação e absorção de água nos scaffolds. Os resultados dos testes de citotoxicidade demonstraram que os compósitos não produziram efeitos tóxicos. Por conseguinte, a introdução da fase inorgânica na matriz de quitosana teve um efeito importante na resposta morfológica e mecânica das espumas compósitas flexíveis. Estes materiais produzidos podem ser considerados como potenciais para uso como curativos e scaffolds destinados a regeneração de tecidos cutâneos.Tissue engineering is a field of science that researches biological substitutes to support the restoration and improvement of the functions of tissues affected by injury or diseases. The skin lesions have great importance due the several functions of this tissue. Under normal circumstances, the wound healing progresses in an orderly manner. However, alterations called dermato proliferative disorders can occur. Due to these factors, there is a necessity for the development of topical coverage capable of allowing reepithelialization of the injured site in an orderly manner, aiding the healing process. An alternative is the production of flexible 3D composite matrices produced by foaming method, which support cell culture. These materials should have adequate porosity, appropriate pore size, interconnectivity, and mechanical behavior compatible with the features of native tissue. In this work, novel flexible 3D composite foams of chitosan (CH) combined with bioactive glass (BG) (SiO2-CaO-P2O5), in 1:0, 3:1 and 1:1 ratios, were developed using the sol-gel route and a foaming step, and characterized by several techniques. In addition to the effects of physical crosslinking expected by the incorporation of bioactive glass, it brings with it the improved antimicrobial character desired for the biomaterials intended for topical application. Physical characterization was performed by FTIR, XRD, Raman, SEM and micro-CT to evaluate the structural features, and also the porous structure of the samples. The mechanical features were evaluated by static compression and constant deflection compression tests. MTT, elution and LIVE/DEAD® assay was used to assess the cytotoxicity. Alkaline phosphatase activity was also measured. In vitro hydrolytic degradation of foams was evaluated by immersions in SBF for up to 84 days. Both scaffolds obtained presented a highly porous structure with interconnectivity. Our results revealed that CH/BG foams presented increased mechanical properties, increase of mass loss by degradation process, and a more homogeneous pore size and distribution, compared with the pure chitosan scaffold. The addition of the BG was able to modulate the permeation and water absorption capacity in the foams. The composites did not produce toxic effects. Therefore, the introduction of the inorganic phase into the chitosan matrix had a crucial effect on the morphologic and mechanical response of the flexible composite foams. These materials may be potential alternative scaffolds for use as wound dressings and scaffolds for tissue regeneration and healing stimulation