00 CAMPUS ARISTÓTELES CALAZANS SIMÕES (CAMPUS A. C. SIMÕES) IF - INSTITUTO DE FÍSICA Dissertações e Teses defendidas na UFAL - IF
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Tipo: Dissertação
Título: Fotoresinas biocompatíveis para microfabricação de arcabouços celulares tridimensionais
Autor(es): Santos, Laura Maísa Souza dos
Primeiro Orientador: Fonseca, Eduardo Jorge da Silva
metadata.dc.contributor.referee1: Silva, Glauber José Ferreira Tomas da
metadata.dc.contributor.referee2: Barreto, Emiliano de Oliveira
Resumo: A técnica aditiva de Polimerização via Absorção de dois Fótons (P2F) tornou-se um excelente método de microfabricação dentre os muitos processos existentes, por permitir a construção de microestruturas tridimensionais com elevada resolução espacial da ordem submicrométrica, com alta complexidade geométrica e com utilização mínima do material fotossensível. Esta poderosa ferramenta tem atraído o interesse de diversas áreas da ciência, incluindo a área da engenharia de tecidos com aplicação na confecção de arcabouços tridimensionais para cultura celular. Estes microambientes são projetados para mimetizar ambientes in vivo e expressar suas características mais importantes possibilitando o estudo do comportamento celular e o tratamento de doenças com teste de fármacos. As resinas fotossensíveis são a matéria prima para construção dos arcabouços e, embora exista uma ampla disponibilidade destes materiais para estudos biológicos, há uma grande preocupação em tornar as fotoresinas compostos biocompatíveis e com reduzida citotoxicidade. Neste trabalho, foi investigado o impacto da incorporação de nanopartículas (NPs) semicondutoras de CdSe/CdS e dióxido de titânio (TiO2) em fotoresinas à base de Pentaerythritol Triacrylate (PETA) e Irgacure 369, pelo uso de diferentes técnicas experimentais, como espectroscopia de absorção óptica e espectroscopia de fluorescência. Também foram avaliados nestas fotoresinas, o grau de conversão (GC) pela espectroscopia Raman, os parâmetros de escrita, a citotoxicidade pelo método de exclusão do azul de tripan e as propriedades biomecânicas das células ósseas pelo Microscópio de Força Atômica (AFM). Os resultados obtidos demonstraram que não houve alteração no pico da banda de absorção das fotoresinas com adição das NPs, portanto, as características fotossensíveis são preservadas sendo aptas ao processo de P2F. Pelos espectros de fluorescência (λExc= 400 nm), foi constatado que conforme aumenta a concentração de TiO2 na fotoresina, há o aumento da fotoluminescência com um alargamento da banda. Enquanto, a incorporação de CdSe/CdS reduz a fotoluminescência das amostras. Os valores do GC das fotoresinas incorporadas com CdSe/CdS e TiO2 foram reduzidos de 21% para 19,5% e 17,1%, respectivamente. Este dado mostra que as NPs atuam como agentes inibidores nos processos de polimerização. Todas as fotoresinas incorporadas com NPs demonstra- ram biocompatibilidade aceitável. Em destaque, a amostra com TiO2 manifestou baixa citotoxicidade e alta taxa de proliferação celular que se manteve superior ao grupo controle durante 48 h. Foram determinados os parâmetros de escrita adequados que elevaram a resolução das microestruturas até valores submicrométricos. Em seguida, arcabouços tipo microgroove, em diferentes geometrias, foram fabricados e demonstraram excelentes condições estruturais com arquitetura compatível ao desenho 3D projetado no software nFab, sem encolhimento ou deformações das paredes. Em relação às propriedades biomecânicas, os osteoblastos humanos da linhagem MG-63 em contato direto do arcabouço na geometria circular exibiram o módulo de Young significativamente maior com aumento de 93% em sua rigidez quando comparado as células semeadas sobre o arcabouço retangular. Estes resultados foram atribuídos à reorganização do citoesqueleto das células ósseas influenciado pela geometria e topografia curva do microambiente celular que oferece um maior estímulo na resposta biomecânica das células.
Abstract: The additive technique by Two-Photon Polymerization (P2F) has become an excellent microfabrication method among the many existing processes, as it allows the construction of three-dimensional microstructures with high spatial submicrometer resolution, with high geometric complexity and minimal use of photosensitive material. This powerful tool has attracted the interest of several areas of the science, including the area of tissue engineering with application in the manufacture of three-dimensional scaffold for cell culture. These microenvironments are designed to mimic environments in vivo and express their most important characteristics, enabling the study of the cellular behavior and the treatment of diseases with drug testing. Photosensitive resins are the raw material for the construction of scaffolds and, although there is a wide availability of these materials for biological studies, there is a great concern in making photoresist compounds biocompatible and with reduced cytotoxicity. In this work, the influence of the incorporation of semiconductor nanoparticles (NPs) of CdSe/CdS and titanium dioxide (TiO2) in photoresist based on Pentaerythritol Triacrylate (PETA) and Irgacure 369, by the use of different experimental techniques such as optical absorption spectroscopy and fluorescence spectroscopy. The degree of conversion (DC) by Raman spectroscopy, writing parameters, cytotoxicity by trypan blue exclusion method, and biomechanical properties of bone cells by Atomic Force Microscope (AFM) were also evaluated in these photoresists. The results obtained showed that there were no change in the peak of the absorption band of photoresist with the addition of NPs, therefore, the photosensitive characteristics are preserved, being suitable for the P2F process. From the fluorescence spectra (λExc= 400 nm), it was found that as the concentration of TiO2 in the photoresist increases, there was an increase in photoluminescence with a broadening of the band. Meanwhile, the incorporation of CdSe/CdS reduces the photoluminescence of the samples. The DC values of photoresists incorporated with CdSe/CdS and TiO2 were reduced from 21% to 19.5% and 17.1%, respectively. This data shows that NPs act as inhibitory agents in polymerization processes. All photoresists incorporated with NPs demonstrated acceptable biocompatibility. Notably, the sample with TiO2 showed low cytotoxicity and a high cell proliferation rate, which remained higher than the control group for 48 h. Appropriate writing parameters that raised the resolution of microstructures to sub-micrometric values were determined. Then, microgroove type scaffolds, in different geometries, were manufactured and demonstrated excellent structural conditions with an architecture compatible with the 3D design projected in nFab software, without shrinkage or deformation of the walls. Regarding biomechanical properties, human osteoblasts of the MG-63 lineage in direct contact with the framework in the circular geometry exhibited a significantly higher Young’s modulus with a 93% increase in its stiffness when compared to cells seeded on the rectangular scaffold. These results were attributed to the reorganization of the bone cell cytoskeleton influenced by the geometry and curved topography of the cellular microenvironment, which offers a greater stimulus in the biomechanical response of the cells.
Palavras-chave: Fotoresinas biocompatíveis
Arcabouços celulares
Nanopartículas
Absorção de dois fótons (P2F)
Biocompatible photoresist
Nanoparticles
Cellular scaffolds
Atomic Force Microscopy
Two-Photon Polymerization
CNPq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::FISICA::FISICA DA MATERIA CONDENSADA
Idioma: por
País: Brasil
Editor: Universidade Federal de Alagoas
Sigla da Instituição: UFAL
metadata.dc.publisher.program: Programa de Pós-Graduação em Física
Citação: SANTOS, Laura Maísa Souza dos. Fotoresinas biocompatíveis para microfabricação de arcabouços celulares tridimensionais. 2023. 105 f. (Mestrado em Física da Matéria Condensada) – Instituto de Física, Universidade Federal de Alagoas, Maceió, 2021.
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
URI: http://www.repositorio.ufal.br/jspui/handle/123456789/10735
Data do documento: 12-mar-2023
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