Desenvolvimento de biomateriais ativos para engenharia de tecido muscular

Abstract

Os materiais eletroativos, nomeadamente os polímeros eletroativos piezoelétricos, têm sido utilizados no desenvolvimento de scaffolds para regeneração muscular pois conseguem mimetizar o ambiente biológico do tecido através de estímulos eletromecânicos. O polímero piezoelétrico poli(fluoreto de vinilideno) (PVDF) é um material muito promissor para a engenharia de tecidos devido à sua eletroatividade e biocompatibilidade. A utilização de líquidos iónicos (ILs) biocompatíveis como o cloreto (Cl) de 1-butil-3- metilimidazólio (Bmim), ([Bmim][Cl]), e o dihidrogenofosfato (DHP) de 2-hidroxietil-trimetilamónio (colina), ([Ch][DHP]), é já uma realidade em engenharia de tecidos. Os ILs apresentam uma grande estabilidade térmica, química e eletroquímica, uma baixa pressão de vapor e uma elevada condutividade iónica. A incorporação de ILs permite combinar um polímero electroativo com um sal iónico, e desta forma obter um material electroactivo iónico que conjugue o efeito piezoelétrico do polímero com as cargas iónicas do IL. Atualmente, este tipo de compósitos é utilizado em diversas aplicações tecnológicas, tal como em sensores, atuadores, baterias, entre outros. No presente trabalho, foram desenvolvidos filmes compósitos PVDF/[Bmim][Cl] e PVDF/[Ch][DHP] com diferentes concentrações de IL (10, 20 e 40% (p/p)) para regeneração de tecido muscular. Os filmes compósitos foram avaliados a nível das suas propriedades morfológicas, físico-químicas e térmicas. A sua potencialidade como suportes para engenharia de tecidos foi avaliada através de ensaios de citotoxicidade e proliferação celular. Através dos resultados obtidos foi possível verificar que a incorporação dos ILs [Bmim][Cl] e [Ch][DHP] não só melhora a condutividade elétrica, como induz a cristalização do filme de PVDF na fase β. Os estudos de degradação térmica mostram que a introdução de [Bmim][Cl] diminui a estabilidade térmica dos compósitos. Já a adição do IL [Ch][DHP] aumenta a estabilidade térmica dos compósitos, uma vez que se verifica um ligeiro aumento da temperatura inicial de degradação de 447,0 para 453,8 °C. Finalmente, foi avaliada a citotoxicidade, de onde se concluiu que, os filmes compósitos, à exceção do 10% [Bmim][Cl], não são citotóxicos para as células. Além disso, promovem a adesão e proliferação celular. Assim sendo, foi demonstrado que a utilização de filmes compósitos PVDF/[Bmim][Cl] e PVDF/[Ch][DHP] são uma estratégia promissora na regeneração muscular.

Electroactive materials and, in particular, piezoelectric polymers, have been used in the development of scaffolds for muscle regeneration, due to their ability to mimic specific biological environments through electrical stimulation. Poly(vinylidene fluoride) (PVDF) is a interesting polymer for tissue engineering applications due to its electroactivity and biocompatibility. The use of biocompatible ionic liquids (ILs) in tissue engineering, such as 1-butyl-3- methylimidazolium chloride ([Bmim][Cl]) and 2-hydroxyethyl-trimethylammonium dihydrogenphosphate ([Ch][DHP]), is already a reality. ILs exhibit high thermal, chemical and electrochemical stability, low vapor pressure and high ionic conductivity. The incorporation of ILs in a polymer matrix allows to combine the piezoelectric effect of the polymer with the ionic charge of the IL. This type of materials is used in different applications, such as sensors, actuators, batteries, among others. In the present work, PVDF/[Bmim][Cl] and PVDF/[Ch][DHP] composite films were produced with different IL concentrations, 10, 20 and 40% (w/w), for muscle tissue regeneration. The morphological, physico-chemical and thermal properties of the composite films were analyzed. Their potential as scaffolds for tissue engineering was evaluated by cytotoxicity and cell proliferation assays. It was verified that the incorporation of the IL [Bmim][Cl] and [Ch][DHP] not just improves the electrical conductivity but also induces the crystallization of PVDF in the β phase. Thermal degradation studies show that the introduction of [Bmim][Cl] decreases the thermal stability of the composites. Contrary, the addition of the IL [Ch][DHP] increases the thermal stability of the composites, leading to an increase of the degradation temperature from 447,0 to 453,8 °C. Finally, cytotoxicity was evaluated, concluding that the composite films, with the exception of 10% (w/w) [Bmim][Cl], are not cytotoxic to the cells and promote cell adhesion and proliferation. Therefore, it was demonstrated that the use of PVDF/[Bmim][Cl] and PVDF/[Ch][DHP] composite films is a promising platform for muscle regeneration strategies.