Hidroxiapatita modificada: estudos biológicos para avaliação da biossegurança e das propriedades osteogênicas

dc.contributor.advisorMedeiros, Silvia Regina Batistuzzo de
dc.contributor.advisorIDhttps://orcid.org/0000-0003-2431-0479pt_BR
dc.contributor.advisorLatteshttp://lattes.cnpq.br/5882662534904226pt_BR
dc.contributor.authorSouza, Augusto Monteiro de
dc.contributor.authorIDhttps://orcid.org/0000-0002-6269-5536pt_BR
dc.contributor.authorLatteshttp://lattes.cnpq.br/7633811857140815pt_BR
dc.contributor.referees1Uchoa, Adriana Ferreira
dc.contributor.referees1IDhttps://orcid.org/0000-0002-3822-6502pt_BR
dc.contributor.referees1Latteshttp://lattes.cnpq.br/6644671747055211pt_BR
dc.contributor.referees2Menezes, Fabiano Peres
dc.contributor.referees3Granjeiro, José Mauro
dc.contributor.referees4Moreira, Susana Margarida Gomes
dc.date.accessioned2024-01-23T21:04:19Z
dc.date.available2024-01-23T21:04:19Z
dc.date.issued2023-09-29
dc.description.abstractHydroxyapatite (HA) is a natural mineral compound found in bones and teeth and can be adapted as a widely used biomaterial in clinical and pharmaceutical applications. Studies show that ionic substitutes can be incorporated into HA, making it more similar to natural bone tissue and promising for bone regeneration. However, these modifications can alter the physicochemical characteristics of biomaterials, necessitating a comprehensive assessment of biosafety before large-scale production. This study aimed to investigate the safety and efficacy of HA-functionalized biomaterials for bone regeneration applications. Divided into five independent chapters, it addressed crucial aspects of biosafety and the regenerative potential of these materials. A systematic literature review was conducted to investigate whether nanostructured HA-based compounds are free of genotoxicity. In this study, it was found that genotoxicity of HA-based biomaterials concerning human health is underestimated in scientific literature. In general, needle-shaped HA nanoparticles tend to cause more DNA damage and chromosomal alterations compared to other forms of HA. Additionally, the results suggest that primary cells are more sensitive than cell lines in assessing the genotoxicity of these biomaterials. The biomaterials used in this study were characterized and produced at the Brazilian Center for Physical Research in Rio de Janeiro. In the second chapter, the cytotoxicity and mutagenicity of a biodegradable bone graft based on nHA, consisting of microspheres of HA nanoparticles encapsulated in alginate, with and without the incorporation of bioactive ions (CO3 2- , Zn2+, and Sr2+), were evaluated. The main results of these analyses were that cytotoxicity tests did not reveal significant adverse effects of HA microspheres in cell culture, and no relevant changes in chromosomal levels were observed in CHO-k1 cells after exposure to the different biomaterials. Moreover, there was no increase in the rate of reverse bacterial mutation, using Salmonella Typhimurium strains, after exposure to these biomaterials. In the third chapter, embryotoxicity tests were conducted in zebrafish to assess the safety of hydroxyapatite-based microspheres, including HA with substituted ions. There was no significant mortality (less than 20%), and no neurotoxic effects were detected. Furthermore, the biomaterials did not alter oxidative stress or negatively affect development. The fourth chapter focused on evaluating the biosafety and bone regeneration potential of HA nanoparticles. Preliminary results of the biosafety of HA nanoparticles at concentrations of 25, 50, and 100 µg/mL were investigated. We used mesenchymal stem cells obtained from umbilical cord tissue as a cellular model for this evaluation. Cytotoxicity was assessed through the MTT test, and osteogenic potential was analyzed by measuring alkaline phosphatase levels and alizarin red staining. In the final chapter, we assessed the biosafety of functionalized HA nanoparticles in zebrafish embryos and larvae at concentrations of 50, 100, and 500 µg/m. Additionally, we investigated the impact of these biomaterials on bone mineralization using techniques such as staining and fluorescence microscopy. Overall, the results obtained in the different chapters of this study highlight the biological safety of HA-based biomaterials, as well as their potential in osteogenesis at various concentrations.pt_BR
dc.description.resumoA hidroxiapatita (HA) é um composto mineral natural encontrado nos ossos e dentes, e pode ser adaptada como um biomaterial amplamente utilizado em aplicações clínicas e farmacêuticas. Estudos mostram que substituintes iônicos podem ser incorporados ao HA, tornando-o mais semelhante ao tecido ósseo natural e promissor para a regeneração óssea. No entanto, essas modificações podem alterar as características físico-químicas dos biomateriais, exigindo uma avaliação abrangente da biossegurança antes da produção em larga escala. Este estudo tinha como objetivo investigar a segurança e eficácia de biomateriais à base de HA funcionalizada para aplicações em regeneração óssea. Dividido em cinco capítulos independentes, ele abordou aspectos cruciais da biossegurança e do potencial regenerativo desses materiais. Uma revisão sistemática da literatura foi realizada com o propósito de investigar se os compostos nanoestruturados à base de HA são isentos de genotoxicidade. Nesse estudo, constatou-se que a genotoxicidade dos biomateriais à base de HA, em relação à saúde humana, é subestimada na literatura científica. Em geral, as nanopartículas de HA com forma de agulha tendem a causar mais danos ao DNA e alterações cromossômicas em comparação com outras formas de HA. Além disso, os resultados sugerem que células primárias são mais sensíveis do que as linhagens celulares na avaliação da genotoxicidade desses biomateriais. Os biomateriais utilizados neste estudo foram caracterizados e produzidos no Centro Brasileiro de Pesquisas Físicas no Rio de Janeiro. No segundo capítulo foram avaliadas a citotoxicidade e mutagenicidade de um enxerto ósseo biodegradável à base de nHA, composto por microesferas de nanopartículas de HA encapsuladas em alginato, com e sem incorporação de íons bioativos (CO32-, Zn2+ e Sr2+). Os principais resultados dessas análises foram que os testes de citotoxicidade não revelaram efeitos adversos significativos das microesferas de HA em cultura celular, e não foram observadas mudanças relevantes nos níveis cromossômicos em células CHO-k1 após exposição aos diferentes biomateriais. Além disso, não houve aumento na taxa de mutação reversa bacteriana, utilizando cepas de Salmonella Thyphymurium, após a exposição a esses biomateriais. No terceiro capítulo, realizamos testes de embriotoxicidade em zebrafish para avaliar a segurança de microesferas à base de hidroxiapatita (HA), incluindo HA com íons substituídos. Não houve mortalidade significativa (inferior a 20%), nem efeitos neurotóxicos detectados. Além disso, os biomateriais não alteraram o estresse oxidativo, nem afetaram negativamente o desenvolvimento. No quarto capítulo, nosso estudo se concentrou na avaliação da biossegurança e no potencial de regeneração óssea de nanopartículas de HA. Foram investigados os resultados preliminares da biossegurança das nanopartículas de HA nas concentrações de 25, 50 e 100 µg/mL. Utilizamos células-tronco mesenquimais obtidas de cordão umbilical como modelo celular para essa avaliação. A citotoxicidade foi avaliada por meio do teste MTT, enquanto o potencial osteogênico foi analisado por meio da dosagem da fosfatase alcalina e da coloração com vermelho de alizarina. No último capítulo, avaliamos a biossegurança de nanopartículas de HA funcionalizadas em embriões e larvas de zebrafish nas concentrações de 50, 100 e 500 µg/m. Além disso, investigamos o impacto desses biomateriais na mineralização óssea, utilizando técnicas como coloração e microscopia de fluorescência. No geral, os resultados obtidos nos diferentes capítulos deste estudo destacam a segurança biológica dos biomateriais à base de HA, bem como seu potencial na osteogênese em diferentes concentrações.pt_BR
dc.description.sponsorshipCoordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPESpt_BR
dc.identifier.citationSOUZA, Augusto Monteiro de. Hidroxiapatita modificada: estudos biológicos para avaliação da biossegurança e das propriedades osteogênicas. Orientadora: Dra. Silvia Regina Batistuzzo de Medeiros. 2023. 213f. Tese (Doutorado em Biotecnologia) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2023.pt_BR
dc.identifier.urihttps://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/57402
dc.languagept_BRpt_BR
dc.publisherUniversidade Federal do Rio Grande do Nortept_BR
dc.publisher.countryBrasilpt_BR
dc.publisher.initialsUFRNpt_BR
dc.publisher.programPROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM BIOTECNOLOGIApt_BR
dc.rightsAcesso Abertopt_BR
dc.subjectNanopartículaspt_BR
dc.subjectHidroxiapatitas funcionalizadaspt_BR
dc.subjectBiossegurançapt_BR
dc.subjectGenotoxicidadept_BR
dc.subjectRegeneração ósseapt_BR
dc.subject.cnpqCNPQ::CIENCIAS BIOLOGICASpt_BR
dc.titleHidroxiapatita modificada: estudos biológicos para avaliação da biossegurança e das propriedades osteogênicaspt_BR
dc.typedoctoralThesispt_BR

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