Study on the coagulability and calcification properties of films of sulfonated chitosan and carrageenan

Various strategies have been proposed to reduce the plasma proteins adsorption and consequently the probability of thrombus formation on materials when contacted with blood. Furthermore, another problem associated with biomaterials is the calcification process, which is described as calcium phosphate formation, which is the primary cause of failures in soft tissues and implants. Chitosan and carrageenan are two polymers that show properties that make them promising for use as biomaterials. Chitosan, due to amino groups in its structure, may promote platelet adhesion, being necessary to perform a chemical modification on it, such as sulfonation reactions, in order to reduce plasma protein adsorption. The presence of sulfate groups in carrageenan structure may contribute to obtain surfaces with antithrombogenic properties without the need of chemical modification on its structure. The formation of polyelectrolyte complexes (PECs) combines the high biocompatibility of chitosan with the charge density of carrageenan, generated by the presence of sulfate groups. This work aimed to study the effects of calcification and thrombogenicity of chitosan and carrageenan films, characterizing them by microscopy and spectroscopy techniques. We also conducted the study of metal surfaces coating using these polymers. A reduction in the effects of calcification for chitosan and carrageenan blends and for sulfonated chitosan films (Ca/P 0.11 or phosphate absence) was observed, reducing the formation and deposition of calcium salts when compared with pristine chitosan (Ca/P 2.78). Assays of platelet adhesion for chitosan surfaces when modified by sulfonation reaction or when blended with carrageenan, showed adhesion on average of 1 to 2 platelets/0.01mm2 against thrombus formation on chitosan film. For the coating essays, the modification on metal surface was characterized by the changing of carbon and oxygen percentage amount on the chemical composition surface, comparing the raw electropolished steel and grafted chitosan. The successive changes observed in the contact angle reinforce the success of the grafting of polymers, forming a hydrophilic layer both for pristine and sulfonated chitosan. From the results obtained, it can be inferred that the sulfonated chitosan and chitosan/carrageenan blends are promising for use as biomaterials in blood contact.Várias estratégias têm sido utilizadas para que materiais, quando em contato com sangue, possam reduzir a adsorção de proteínas do plasma e, consequentemente, a probabilidade de formação de trombos. Além disso, outro problema associado é a calcificação, descrita como um processo de formação de fosfato de cálcio, que é a causa primária de falhas em tecidos moles e implantes devido à deposição destes sais. A quitosana e a carragenana são dois polímeros que apresentam propriedades que os tornam promissores para utilização como biomateriais. A quitosana, em função dos grupos amino em sua estrutura, pode promover a adesão plaquetária, sendo necessária uma modificação química, como reações de sulfonatação, que visam diminuir a adsorção de proteínas plasmáticas. A presença de grupos sulfato na carragenana pode contribuir para a obtenção de superfícies com propriedades antitrombogênicas sem a necessidade de modificação química da estrutura. A formação de complexos polieletrolíticos (PECs) alia a biocompatibilidade superior da quitosana com a densidade de carga da carragenana, gerada pela presença dos grupos sulfato. Esse trabalho teve por objetivo estudar os efeitos da calcificação e da trombogenicidade de filmes de quitosana e carragenana caracterizando-os através de técnicas de microscopia e espectroscopia, assim como realizar estudo de revestimento de superfície metálica utilizando estes polímeros. Observou-se uma diminuição nos efeitos de calcificação para as blendas de quitosana e carragenana e nos filmes sulfonatados (Ca/P 0,11 ou ausência de fósforo), reduzindo a formação e deposição de sais de cálcio quando comparados com a quitosana natural (Ca/P 2,78). Ensaios de adesão plaquetária mostraram melhoria das superfícies de quitosana quando modificadas pela sulfonatação, ou quando misturadas com carragenana, apresentando adesão, em média, de 1 a 2 plaquetas/0,01 mm², contra a formação de trombos em filme de quitosana. No ensaio de revestimento, a modificação da superfície metálica foi evidenciada pela alteração da quantidade percentual de carbono e oxigênio na composição química da superfície quando comparado o aço eletropolido bruto e após a inserção da quitosana. As sucessivas mudanças sofridas pelo ângulo de contato reforçam o sucesso do grafting dos polímeros, através da formação de uma camada hidrofílica tanto para quitosana natural quanto para a sulfonatada. Pelos resultados obtidos, pode-se inferir que a quitosana sulfonatada e as blendas de quitosana/carragenana mostram-se promissoras para serem utilizadas como biomateriais em contato com sangue