Composite materials based on silk proteins

A number of animals have evolved to produce silk-based composite materials for a variety of task-specific applications. The review initially focuses on the composite structure of silk fibers produced naturally by silkworms and spiders, followed by the preparation and applications of man-made composite materials (including fibers, films, foams, gels and particulates) incorporating silk proteins in combination with other polymers (both natural and synthetic) and/or inorganic particles. 

Ectopic bone formation in rapidly fabricated acellular injectable dense collagen-Bioglass hybrid scaffolds via gel aspiration-ejection

Gel aspiration-ejection (GAE) has recently been introduced as an effective technique for the rapid production of injectable dense collagen (IDC) gel scaffolds with tunable collagen fibrillar densities (CFDs) and microstructures. Herein, a GAE system was applied for the advanced production and delivery of IDC and IDC-Bioglass® (IDC-BG) hybrid gel scaffolds for potential bone tissue engineering applications. The efficacy of GAE in generating mineralizable IDC-BG gels (from an initial 75-25 collagen-BG ratio) produced through needle gauge numbers 8G (3.4 mm diameter and 6 wt% CFD) and 14G (1.6 mm diameter and 14 wt% CFD) was investigated. Second harmonic generation (SHG) imaging of as-made gels revealed an increase in collagen fibril alignment with needle gauge number. In vitro mineralization of IDC-BG gels was confirmed where carbonated hydroxyapatite was detected as early as day 1 in simulated body fluid, which progressively increased up to day 14. In vivo mineralization of, and host response to, acellular IDC and IDC-BG gel scaffolds were further investigated following subcutaneous injection in adult rats. Mineralization, neovascularization and cell infiltration into the scaffolds was enhanced by the addition of BG and at day 21 post injection, there was evidence of remodelling of granulation tissue into woven bone-like tissue in IDC-BG. SHG imaging of explanted scaffolds indicated collagen fibril remodelling through cell infiltration and mineralization over time. In sum, the results suggest that IDC-BG hybrid gels have osteoinductive properties and potentially offer a novel therapeutic approach for procedures requiring the injectable delivery of a malleable and dynamic bone graft that mineralizes under physiological conditions

Assessment of biocompatibility of selected ferroelectric ceramics

Desde há muitas décadas que é sabido que os organismos vivos, em especial os tecidos, reagem fisicamente a estímulos eléctricos, podendo esses efeitos reproduzirem-se numa libertação de químicos endógenos, ou deformar a sua estrutura física. O tecido ósseo por si só é considerado um material/tecido piezoeléctrico, deformando-se mecanicamente quando lhe é induzido um estímulo eléctrico e vice-versa, ou seja, produz um potencial eléctrico quando sofre uma tracção ou compressão mecânica. A hipótese de que um material ferroeléctrico possa vir a produzir efeitos no desempenho deste tipo de tecidos é então proposta, como por exemplo, para uma melhor, mais rápida e eficaz regeneração óssea. Estes mesmos materiais ferroeléctricos podem porventura alterar as cargas de superfície dos tecidos vivos de modo a atrair, atrasar ou até impedir o fluxo iónico de elementos químicos específicos responsáveis pelo processo de regeneração. São escolhidos então o niobato de lítio e o tantalato de lítio como cerâmicos ferroeléctricos e foi estudada pela primeira vez a sua bioactividade in vitro, esperando-se encontrar pistas relativas à sua bioactividade in vivo. Estes cerâmicos ferroeléctricos foram seleccionados devido às suas importantes propriedades piezoeléctricas e ferroeléctricas. Estas propriedades podem abrir um novo e importante leque de aplicações biomédicas caso estes cerâmicos sejam bioactivos. Este trabalho foi dividido em 3 fases: (i) sintetização dos pós de niobato de lítio e tantalato de lítio, (ii) caracterização dos pós e (iii) preparação das amostras e (iv) estudo da bioactividade destes cerâmicos ferroeléctricos. Os pós foram produzidos através de um processo simples de mistura/moagem seguido de calcinação. Foram estudadas as fases cristalinas presentes através de Difracção de raios-X (DRX) e avaliadas as características morfológicas destes pós, nomeadamente o diâmetro de partículas e área superficial específica. De modo a simular o ambiente do plasma humano, foi produzido sinteticamente um “Simulated Body Fluid” (SBF). Seguidamente as amostras foram imersas nesse ambiente líquido por 1, 3, 7, 15 e 21 dias. Após remoção dos pós foram realizadas uma série de análises de modo a estudar a sua bioactividade. De entre estes testes destacam-se a microscopia electrónica de varrimento (SEM/EDS), DRX e espectroscopia de Infravermelho por transformada de Fourier com reflectância total atenuada (FTIR-ATR). Embora não tenham sido detectadas alterações no DRX realizado aos pós, verificou-se a formação de aglomerados de fosfato de cálcio na superfície dos pós através do SEM, resultados estes, reforçados pelo EDS e FTIR-ATR. Estes precipitados de fosfato de cálcio indiciam a capacidade destes pós cerâmicos ferroeléctricos se comportarem como bioactivos em contacto com tecidos ósseos in vivo.

Fiber optic sensors for the biomechanical study of the intervertebral disc

O presente trabalho teve como objetivo principal estudar o comportamento mecânico do disco intervertebral recorrendo a sensores em fibra ótica. Na expetativa de efetuar o melhor enquadramento do tema foi efetuada uma revisão exaustiva das várias configurações de sensores em fibra ótica que têm vindo a ser utilizadas em aplicações biomédicas e biomecânicas, nomeadamente para medição de temperatura, deformação, força e pressão. Nesse âmbito, procurou-se destacar as potencialidades dos sensores em fibra ótica e apresentá-los como uma tecnologia alternativa ou até de substituição das tecnologias associadas a sensores convencionais. Tendo em vista a aplicação de sensores em fibra ótica no estudo do comportamento do disco intervertebral efetuou-se também uma revisão exaustiva da coluna vertebral e, particularmente, do conceito de unidade funcional. A par de uma descrição anatómica e funcional centrada no disco intervertebral, vértebras adjacentes e ligamentos espinais foram ainda destacadas as suas propriedades mecânicas e descritos os procedimentos mais usuais no estudo dessas propriedades. A componente experimental do presente trabalho descreve um conjunto de experiências efetuadas com unidades funcionais cadavéricas utilizando sensores convencionais e sensores em fibra ótica com vista à medição da deformação do disco intervertebral sob cargas compressivas uniaxiais. Inclui ainda a medição in vivo da pressão intradiscal num disco lombar de uma ovelha sob efeito de anestesia. Para esse efeito utilizou-se um sensor comercial em fibra ótica e desenvolveu-se a respetiva unidade de interrogação. Finalmente apresenta-se os resultados da investigação em curso que tem como objetivo propor e desenvolver protótipos de sensores em fibra ótica para aplicações biomédicas e biomecânicas. Nesse sentido, são apresentadas duas soluções de sensores interferométricos para medição da pressão em fluídos corporais.

Avaliação do desempenho in vivo do biovidro FastOs™

O conceito de bioatividade surgiu com a descoberta, no início década de 70, de que algumas composições vítreas (ex.: 45S5 Bioglass®), tinham a capacidade de estabelecer uma ligação direta e estável com os tecidos vivos. Desde então, este grupo de biomateriais tem vindo a receber uma atenção cada vez maior por parte dos investigadores, tendo como motivação principal a busca de novas composições com propriedades mais adequadas para a regeneração óssea do que as composições comercialmente disponíveis. Na presente tese, avaliou-se o desempenho in vivo de duas composições de biovidro do sistema diopsite (CaMgSi2O6) - fluorapatite (Ca5(PO4)3F) - fosfato tricálcico (3CaO•P2O5) aplicados em defeitos ósseos de tamanho não crítico em carneiros, tendo também sido avaliada a biocompatibilidade dos biomateriais através da aplicação subcutânea de placas dos mesmos vidros. O trabalho realizado também incluiu a avaliação dos materiais in vitro, através de estudos de biomineralização em fluido corporal simulado e estudos de degradação. Os biomateriais foram comparados com o biovidro 45S5 Bioglass®, sendo que em termos de bioatividade in vitro, as duas composições investigadas apresentaram um maior potencial bioativo, levando à formação de uma camada superficial de hidroxiapatite carbonatada, em contraste com a formação de calcite na composição comercial, sob condições idênticas. Os testes de degradação in vitro também apresentaram resultados melhores para as duas novas composições, traduzidos por variações de pH e taxas de degradação menores do que os observados no caso do 45S5 Bioglass®. A avaliação in vivo dos implantes subcutâneos permitiu apurar a biocompatibilidade dos biovidros testados, tendo sido considerados ligeiramente irritantes. Os resultados relativos à aplicação dos pós de vidro bioativo nos defeitos ósseos não foram obtidos em tempo útil de modo a poderem ser incluídos na presente tese. Considerando o desempenho in vitro e a biocompatibilidade dos materiais estudados, estes podem apontar-se como materiais promissores para aplicações em engenharia de tecidos, particularmente na regeneração do tecido ósseo.

Optimisation of an aptamer-biosensor to detect C-reactive protein

Dissertação de Mestrado, Engenharia Biológica, Faculdade de Engenharia de Recursos Naturais, Universidade do Algarve, 2009

Evaluating forensic biology results given source level propositions

The evaluation of forensic evidence can occur at any level within the hierarchy of propositions depending on the question being asked and the amount and type of information that is taken into account within the evaluation. Commonly DNA evidence is reported given propositions that deal with the sub-source level in the hierarchy, which deals only with the possibility that a nominated individual is a source of DNA in a trace (or contributor to the DNA in the case of a mixed DNA trace). We explore the use of information obtained from examinations, presumptive and discriminating tests for body fluids, DNA concentrations and some case circumstances within a Bayesian network in order to provide assistance to the Courts that have to consider propositions at source level. We use a scenario in which the presence of blood is of interest as an exemplar and consider how DNA profiling results and the potential for laboratory error can be taken into account. We finish with examples of how the results of these reports could be presented in court using either numerical values or verbal descriptions of the results.

Stabilité de l’acide ribonucléique pour la datation des fluides corporels en biologie judiciaire

Projet de recherche réalisé en collaboration avec la section Biologie/ADN du Laboratoire de sciences judiciaires et de médecine légale (LSJML) de Montréal.

Riesgo de accidentes biológicos en estudiantes de la salud: revisión de la literatura en los últimos 14 años.

Introducción: Todos los trabajadores del área de la salud están en riesgo de padecer un accidente biológico. No obstante los estudiantes de estas aéreas, pueden presentar más riesgo porque apenas están en formación y no tienen la práctica o experiencia suficiente. Existen varios artículos que han estudiado la incidencia y prevalencia de accidentes biológicos en los trabajadores del área de la salud, Sin embargo, sobre esta problemática de la población estudiantil del área de la salud, se encuentra menos literatura. Por lo tanto con esta revisión sistemática se busca analizar y actualizar este tema. Métodos: Se realizó una revisión de la literatura científica de artículos publicados en los últimos 14 años, en relación con la prevalencia de accidentes biológicos en estudiantes de medicina, odontología, enfermería y residentes del área de la salud a nivel mundial. Se llevó a cabo la búsqueda en la base de datos de Pubmed, encontrando un total de 100 artículos, escritos en inglés, francés, español o portugués. Resultados: Las prevalencias encontradas sobre accidentes biológicos en estudiantes fueron las siguientes: en países europeos a nivel de enfermería los valores oscilan entre 10.2 % a 32%, en medicina fueron del 16%-58.8%, y en odontología del 21 %. En países asiáticos, se encontró que en enfermería el porcentaje varía de 49%-96 %, en medicina van del 35% -68%, y en odontología varia de 68.a 75.4%. En Norte América, en medicina las cifras fluctúan alrededor del 11-72.7 % y en odontología giran alrededor del 19.1%. Finalmente respecto a Suramérica la prevalencia fue de 31.2 a 46.7% en medicina, y del 40% en enfermería. Conclusiones: Por lo anterior se pudo concluir que, la prevalencia de accidentes biológicos en los estudiantes del área de la salud es elevada y varía según el continente en el que se encuentren.

A well-characterised peak identification list of MALDI MS profile peaks for human blood serum

MALDI MS profiling, using easily available body fluids such as blood serum, has attracted considerable interest for its potential in clinical applications. Despite the numerous reports on MALDI MS profiling of human serum, there is only scarce information on the identity of the species making up these profiles, particularly in the mass range of larger peptides. Here, we provide a list of more than 90 entries of MALDI MS profile peak identities up to 10 kDa obtained from human blood serum. Various modifications such as phosphorylation were detected among the peptide identifications. The overlap with the few other MALDI MS peak lists published so far was found to be limited and hence our list significantly extends the number of identified peaks commonly found in MALDI MS profiling of human blood serum.

Osteoconductivity of modified fluorcanasite glass-ceramics for bone tissue augmentation and repair

Modified fluorcanasite glasses were fabricated by either altering the molar ratios of Na(2)O and CaO or by adding P(2)O(5) to the parent stoichiometric glass compositions. Glasses were converted to glass-ceramics by a controlled two-stage heat treatment process. Rods (2 mm x 4 mm) were produced using the conventional lost-wax casting technique. Osteoconductive 45S5 bioglass was used as a reference material. Biocompatibility and osteoconductivity were investigated by implantation into healing defects (2 mm) in the midshaft of rabbit femora. Tissue response was investigated using conventional histology and scanning electron microscopy. Histological and histomorphometric evaluation of specimens after 12 weeks implantation showed significantly more bone contact with the surface of 45S5 bioglass implants when compared with other test materials. When the bone contact for each material was compared between experimental time points, the Glass-Ceramic 2 (CaO rich) group showed significant difference (p = 0.027) at 4 weeks, but no direct contact at 12 weeks. Histology and backscattered electron photomicrographs showed that modified fluorcanasite glass-ceramic implants had greater osteoconductivity than the parent stoichiometric composition. Of the new materials, fluorcanasite glass-ceramic implants modified by the addition of P(2)O(5) showed the greatest stimulation of new mineralized bone tissue formation adjacent to the implants after 4 and 12 weeks implantation. (C) 2010 Wiley Periodicals, Inc. J Biomed Mater Res Part A: 94A: 760-768, 2010

Synthesis of chitosan/hydroxyapatite membranes coated with hydroxycarbonate apatite for guided tissue regeneration purposes

Chitosan, which is a non-toxic, biodegradable and biocompatible biopolymer, has been widely researched for several applications in the field of biomaterials. Calcium phosphate ceramics stand out among the so-called bioceramics for their absence of local or systemic toxicity, their non-response to foreign bodies or inflammations, and their apparent ability to bond to the host tissue. Hydroxyapatite (HA) is one of the most important bioceramics because it is the main component of the mineral phase of bone. The aim of this work was to produce chitosan membranes coated with hydroxyapatite using the modified biomimetic method. Membranes were synthesized from a solution containing 2% of chitosan in acetic acid (weight/volume) via the solvent evaporation method. Specimens were immersed in a sodium silicate solution and then in a 1.5 SBF (simulated body fluid) solution. The crystallinity of the HA formed over the membranes was correlated to the use of the nucleation agent (the sodium silicate solution itself). Coated membranes were characterized by means of scanning electron microscopy - SEM, X-ray diffraction - XRD, and Fourier transform infrared spectroscopy - FTIR. The results indicate a homogeneous coating covering the entire surface of the membrane and the production of a semi-crystalline hydroxyapatite layer similar to the mineral phase of human bone. (C) 2010 Elsevier B.V. All rights reserved.

Chemical Communication in the Gregarious Psocid Cerastipsocus sivorii (Psocoptera: Psocidae)

The objectives of this study were: (1) to test the existence of an aggregation pheromone in the gregarious psocid Cerastipsocus sivorii; (2) to compare the attractiveness of odors from different aggregations; (3) to test whether nymphs are able to chemically recognize damage-released alarm signals. In a choice experiment conducted in the laboratory, we showed that psocids are able to detect chemical cues from groups of conspecifics. Laboratory experiments also showed that nymphs are capable of chemically recognizing the aggregations where they came from. Finally, in a field experiment, most aggregations dispersed when exposed to the body fluids of a crushed conspecific, but no aggregations dispersed upon exposure to a crushed termite. The implications of these results for the evolution of sociality in psocopterans are discussed.

Synthesis and characterization of phosphate glass microspheres for radiotherapy applications

Class microspheres containing the radioisotope (32)P, a beta(-) particle emitter, and half-life of 14.3 days, can be easily introduced in specific human organs such as liver, pancreas. and uterus to kill cancer cells. In the present work phosphate glass microspheres were produced with different compositions and particle size distribution in the range of 20- 30 mu m. Two different thermal processes were used to spherodize glass particles originally with irregular shapes. Samples were characterized by X-rays diffraction to check the amorphous structure, energy dispersive X-rays fluorescence spectroscopy to determine the final glass composition, and Fourier transformed infrared spectroscopy to determine the structural groups in the glass structure. The dissolution rate of glass samples in water was determined at 90 degrees C, and in simulated body fluid (SBF) at 37 degrees C. Classes with dissolution rates close to 10(-5) g/(cm(2) day) were obtained, which make them suitable for the present application. Scanning electron microscopy was used to evaluate the shape of the microspheres before and after the dissolution tests. The cytotoxicity tests showed that these microspheres can be used for biological applications. (C) 2008 Elsevier B.V. All rights reserved.