Fosfatos de cálcio de interesse biológico: importância como biomateriais, propriedades e métodos de obtenção de recobrimentos

For decades the Hydroxyapatite (HA) was only bioceramic of calcium phosphate system used for bone replacement and regeneration, due to its similarity to the mineral phase of bones and teeth. Because its slow degradation, other calcium phosphate classified as biodegradable started to awaken interest, such as: amorphous calcium phosphate (ACP), octacalcium phosphate (OCP) and tricalcium phosphate (TCP). This work presents the evolution of the use of other calcium phosphates due to their better solubility than the HA, comparing their main physical-chemical and biological properties. Are also presented the main methods used to obtain bioceramic coatings on metal and polymer surfaces.

Obtenção de fosfatos de cálcio pelo método biomimético sobre a superfície da liga Ti-6Al-4V modificada pelo laser Nd:YAG

In this work, surface modification of the Ti-6Al-4V alloy by irradiation with a Nd:YAG laser beam was studied. The matrix spacing was varied and the other parameters were kept constant. After theirradiation, the samples were immersed into SBF solution (Simulated Body Fluid) for 7 days at 37 ° C for nucleation and formation of calcium phosphates. After this period, the samples were subjected to a heat treatment at 600 °C. X-ray diffraction results indicated the formation of a mixture of phases containing hydroxyapatite and tricalcium phosphate. Infrared analysis demonstrated the presence of bands related to hydroxyapatite. SEM micrographs showed that different matrix spacing used leads to the formation of different morphologies.The 0.01 cm spacing induced the formation of microspheres, characteristic of the hydroxyapatite phase, while for 0.02 cm spacing, only a non-homogeneous coating was obtained. Therefore, the use of laser in the production of active surfaces for deposition of bioceramics proved to be viable, and the final coating has potential for applications in the field of dental implants.

Scaffold nanoestruturado utilizando-se celulose bacteriana/fosfatos de cálcio para regeneração óssea

Pós-graduação em Biotecnologia - IQ

Cimentos injetáveis à base de fosfatos de cálcio para vertebroplastia

O principal objectivo desta investigação foi o desenvolvimento cimentos de fosfatos de cálcio com injetabilidade melhorada e propriedades mecânicas adequadas para aplicação em vertebroplastia. Os pós de fosfato de tricálcico (TCP) não dopados e dopados (Mg, Sr e Mn) usados neste estudo foram obtidos pelo processo de precipitação em meio aquoso, seguidos de tratamento térmico de forma a obter as fases pretendidas, α− e β−TCP. A substituição parcial de iões Ca por iões dopantes mostrou ter implicações em termos de estabilidade térmica da fase β−TCP. Os resultados demonstraram que as transformações de fase alotrópicas β↔α−TCP são fortemente influenciadas por variáveis experimentais como a taxa de arrefecimento, a presença de impurezas de pirofosfato de cálcio e a extensão do grau de dopagem com Mg. Os cimentos foram preparados através da mistura de pós, β−TCP (não dopados e dopados) e fosfato monocálcico monidratado (MCPM), com meios líquidos diferentes usando ácido cítrico e açucares (sucrose e frutose) como agentes retardadores de presa, e o polietilenoglicol, a hidroxipropilmetilcelulose e a polivinilpirrolidona como agentes gelificantes. Estes aditivos, principalmente o ácido cítrico, e o MCPM aumentam significativamente a força iónica do meio, influenciando a injetabilidade das pastas. Os resultados também mostraram que a distribuição de tamanho de partícula dos pós é um factor determinante na injetabilidade das pastas cimentícias. A combinação da co-dopagem de Mn e Sr com a adição de sucrose no líquido de presa e com uma distribuição de tamanho de partícula dos pós adequada resultou em cimentos de brushite com propriedades bastante melhoradas em termos de manuseamento, microestrutura, comportamento mecânico e biológico: (i) o tempo inicial de presa passou de ~3 min to ~9 min; (ii) as pastas cimentícias foram totalmente injectadas para uma razão liquido/pó de 0.28 mL g−1 com ausência do efeito de “filter-pressing” (separação de fases líquida e sólida); (iii) após imersão numa solução durante 48 h, as amostras de cimento molhadas apresentam uma porosidade total de ~32% e uma resistência a compressão de ~17 MPa, valor muito superior ao obtido para os cimentos sem açúcar não dopados (5 MPa) ou dopados só com Sr (10 MPa); e (iv) o desempenho biológico, incluindo a adesão e crescimento de células osteoblásticas na superfície do cimento, foi muito melhorado. Este conjunto de propriedades torna os cimentos excelentes para regeneração óssea e engenharia de tecidos, e muito promissores para aplicação em vertebroplastia.

Scaffolds porosos à base de fosfatos de cálcio para regeneração óssea

Graças ao aumento da esperança média de vida do ser humano, a engenharia de tecidos tem sido uma área alvo de enorme investigação. A utilização de estruturas tridimensionais porosas e biodegradáveis, denominadas de scaffolds, como matriz para a adesão e proliferação celular tem sido amplamente investigada. Existem atualmente diversas técnicas para a produção destas estruturas mas o grau de exigência tem vindo a aumentar, existindo ainda lacunas que necessitam ser preenchidas. A técnica de robocasting consiste numa deposição camada a camada de uma pasta coloidal, seguindo um modelo computorizado (CAD) e permite a produção de scaffolds com porosidade tamanho de poro e fração de porosidade controlados, boa reprodutibilidade, e com formas variadas, as quais podem ser idênticas às dos defeitos ósseos a preencher. O presente estudo teve como objetivo produzir scaffolds porosos à base de fosfatos de cálcio através de robocasting. Para tal, foram estudadas duas composições de pós à base de β-TCP, uma pura e outra co-dopada com estrôncio, zinco e manganês. Inicialmente os pós foram sintetizados pelo método de precipitação química por via húmida. Após a síntese, estes foram filtrados, secos, calcinados a 1000ºC e posteriormente moídos até possuírem um tamanho médio de partícula de cerca de 1,5 μm. Os pós foram depois peneirados com uma malha de 40μm e caracterizados. Posteriormente foram preparadas várias suspensões e avaliado o seu comportamento reológico, utilizando Targon 1128 como dispersante, Hidroxipropilmetilcelulose (HPMC) como ligante e polietilenimina (PEI) como agente floculante. Por fim, e escolhida a melhor composição para a formação da pasta, foram produzidos scaffolds com diferentes porosidades, num equipamento de deposição robótica (3D Inks, LLC). Os scaffolds obtidos foram secos à temperatura ambiente durante 48 horas, sinterizados a 1100ºC e posteriormente caracterizados por microscopia eletrónica de varrimento (SEM), avaliação dos tamanhos de poro, porosidade total e testes mecânicos. Ambas as composições estudadas puderam ser transformadas em pastas extrudíveis, mas a pasta da composição pura apresentou uma consistência mais próxima do ideal, tendo originado scaffolds de melhor qualidade em termos de microestrutura e de propriedades mecânicas.

Características bioquímicas e microbiológicas do biofilme dentário formado in situ sobre materiais que contêm flúor ou fosfato de cálcio amorfo

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Desenvolvimento de compósitos PEUAPM / apatitas para substituição e regeração óssea

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Recobrimento de apatitas empregando-se o método biomimético: estudo da influência dos íons K+, Mg2+, SO42- e HCO3- na formação de hidroxiapatita

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Potencial biotecnológico de bactérias endofíticas de milho.

Bactérias endofíticas são microrganismos que habitam o interior dos tecidos vegetais e são conhecidas promotoras do crescimento de plantas, favorecendo sua nutrição, pela solubilização de fosfatos, além de produzirem fito-hormônio, enzimas e sideróforos, apresentando potencial para uso como bioinoculantes. O objetivo deste trabalho foi isolar e caracterizar bactérias endofíticas de milho eficientes na solubilização de fosfatos de cálcio e de ferro e na produção de sideróforos, substâncias que atuam na captação de ferro.Para o isolamento das bactérias, foram coletadas plantas de milho no florescimento em área de cerrado, sendo estas posteriormente desinfestadas e maceradas para o isolamento dos endófitos. Foram isoladas 113 bactérias provenientes de raízes (54,9%), folhas (20,4%) e seiva de milho (24,8%). Dessas bactérias, 49 foram caracterizadas geneticamente com base na sequência do 16S rDNA e avaliadas quanto à capacidade de solubilização de fosfatos em meio de cultura líquido contendo fosfato de cálcio e de ferro e produção de sideróforos. Os isolados mais eficientes na solubilização de fosfato de cálcio e fosfato de ferro produziram entre 179,4 a 193,7 mgP. L-1 e 62,7 a 68,7 mg P. L-1, respectivamente. Foi observada uma correlação negativa de -0,58 e -0,48 entre a solubilização de fósforo nos dois fosfatos testados, P-Ca e P-Fe, e os valores de pH, respectivamente, indicando a produção de ácidos orgânicos como o principal mecanismo de solubilização de P. O sideróforo produzido por 69% dos microrganismos avaliados foi do tipo carboxilato. As bactérias endofíticas eficientes na solubilização de P foram identificadas principalmente como pertencentes ao gênero Bacillus e Pantoea. Foi possível concluir que as estirpes bacterianas provenientes do microbioma interno de milho cultivado em solo de cerrado possuem características promissoras de biossolubilização de fosfatos e promoção de crescimento de plantas, sendo possível neste estudo a seleção de seis isolados do gênero Bacillus para futuros testes de inoculação em plantas.

Uso de fosfatos com diferentes relações flúor: fósforo na alimentação de poedeiras semipesadas na fase de produção

Um experimento foi conduzido para verificar os efeitos de diferentes relações flúor:fósforo (F:P) na dieta sobre o desempenho e as concentrações de cálcio, fósforo, magnésio e flúor na tíbia de poedeiras comerciais semipesadas. Foram utilizadas 160 galinhas poedeiras, distribuídas em delineamento inteiramente casualizado, com quatro tratamentos (fontes de fósforo com diferentes relações flúor:fósforo - 1:40; 1:60; 1:80; 1:100) e cinco repetições de oito aves. No final do experimento, foram abatidas duas aves de cada repetição para coleta da tíbia e análise dos teores de flúor, cálcio, fósforo e magnésio. As relações flúor:fósforo não afetaram o consumo de ração, a produção de ovos, a conversão alimentar, o peso dos ovos e a gravidade específica. Entretanto, a porcentagem de casca e a espessura da casca foram menores quando a relação F:P foi de 1:100. Apesar da ausência de efeitos na produção de ovos, verificou-se redução de 7,3; 5,4 e 9,8% na produção entre as aves que receberam ração com a maior relação F:P (1:100) em comparação àquelas alimentadas com as rações com as relações de 1:40; 1:60 e 1:80, respectivamente. A deposição óssea de flúor reduziu e a de magnésio aumentou nas aves alimentadas com a ração contendo as maiores relação de F:P. As fontes de fósforo, nas relações fluor:fósforo de 1:40 a 1:80, podem ser utilizadas em dietas para poedeiras comerciais, pois não afetam o desempenho e a qualidade da casca dos ovos.

Fosfatos com diferentes relações flúor: fósforo na alimentação de frangos de corte

Um experimento foi conduzido com o objetivo de verificar os efeitos de diferentes relações flúor:fosforo na alimentação sobre o desempenho de frangos de corte. Foram utilizados 1.000 pintos de corte de 1 dia distribuídos em um delineamento inteiramente casualizado, com quatro tratamentos e cinco repetições de 50 aves por boxe. Os tratamentos consistiram de quatro fontes de fósforo com relações flúor:fósforo de 1:40, 1:60, 1:80 e 1:100. O experimento foi dividido em três fases experimentais: 1 a 21, 22 a 42 e 43 a 49 dias de idade. em cada fase, avaliou-se o consumo de ração, o ganho de peso e a conversão alimentar. Ao final do experimento, foram abatidas duas aves de cada repetição para coleta da tíbia e de músculos do peito para análise das concentrações de flúor, cálcio, fósforo e magnésio desses tecidos. As relações flúor:fósforo avaliadas não afetaram o desempenho dos frangos de corte. A deposição óssea de flúor é proporcional à sua concentração na dieta, no entanto, a elevação dos níveis de flúor da dieta não influencia sua deposição nos músculos.

Obtenção de cerâmicas à base de tricálcio fosfatos utilizando óxido de magnésio como aditivo

The tricalcium phosphate ceramics has been widely investigated in the last years due its bioresorbable behavior. The limiting factor of the application of these materials as temporary implants is its low strength resistance. The tricalcium phosphate presents an allotropic transformation β→α around 1250 ºC that degrades its resistance. Some studies have been developed in order to densify this material at this temperature range. The objective of this work is to study the influence of the addition of magnesium oxide (MgO) in the sintering of β-TCP. The processing route was uniaxial hot pressing and its objective was to obtain dense samples. The samples were physically characterized through density and porosity measurements. The thermal behavior was studied through dilatometric, thermal differential and thermogravimetric analysis. The mechanical properties were characterized by three point flexure test and Vickers microhardness measurements, analyzed of the microstructure. The addition of magnesium oxide doesn t cause an improvement of the mechanical strength in relation to material without additive.

Obtenção de cerâmicas à base de tricálcio fosfatos utilizando óxido de manganês como aditivo

The calcium phosphate ceramics have been very investigated as material for bone implants. The tricalcium phosphate (β-TCP) had a great potential for application in temporary implants like a resorbable bioceramic. This material presents a limitation in its sintering temperature due to occurrence of the allotropic transformation β → α at temperatures around 1200°C, not allowing the attainment of dense ceramic bodies. This transformation also causes cracks, what diminishes the mechanical strength, limiting its use to applications of low mechanical requests. This work studies the influence of the addition of manganese oxide in the sintering of β-TCP. Two processing routes were investigated. The first was the powder metallurgy conventional process. The test bodies (samples) were pressed and sintering at temperatures of 1200 and 1250°C. The second route was uniaxial hot pressing and its objective was to obtain samples with high relative density. The samples were physically characterized through density and porosity measurements. The thermal behavior was studied through dilatometric, thermal differential and thermogravimetric analysis. The mechanical properties were characterized by three point flexure test and Vickers microhardness measurements. The microstructure was analyzed by scanning electron microscopy. The addition of manganese oxide caused an improvement of the mechanical strength in relation to the material without additive and promoting the stabilization of β-TCP to greater temperatures

Potencial de remineralização do cálcio e fosfato: revisão de literatura e estudo laboratorial

Pós-graduação em Ciência Odontólogica - FOA

Ocorrências de bactérias solubilizadoras de fosfato de cálcio nas raízes de plantas na Amazônia brasileira

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)