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Publicação
Estrutura Bifuncional para Terapia do Osteossarcoma e Regeneração do Tecido Ósseo
| Nome: | Descrição: | Tamanho: | Formato: | |
|---|---|---|---|---|
| 8.5 MB | Adobe PDF |
Orientador(es)
Resumo(s)
Osteosarcoma is the most common and aggressive primary bone cancer, mainly affecting
children, adolescents, and young adults during periods of rapid bone growth. Current
treatments save lives, however, the patients often experience critical bone defects,
reduced mobility, and lifelong functional limitations. Despite advances in surgery and
chemotherapy, eliminating residual tumor cells while restoring the structure and function
of the affected bone remains a major clinical challenge. To address this challenge, this
work presents a bifunctional scaffold that integrates local tumor ablation with bone
regeneration. The scaffolds were fabricated through wet-spinning and additive
manufacturing, using poly(ε-caprolactone) (PCL) reinforced with different
concentrations of graphene oxide (GO) (0, 5.0, and 7.5 wt%), selected for its
biocompatibility and high thermal conductivity. GO addition increased surface
roughness without affecting scaffold porosity (~60%). Mechanical testing confirmed that
the incorporation of 5.0 wt% GO maintained structural integrity, with compressive
moduli of 1.00 ± 0.17 MPa (PCL), 1.03 ± 0.08 MPa (GO5.0), and 0.94 ± 0.18 MPa
(GO7.5). Under near-infrared irradiation (850 nm, 0.1 W·cm⁻²), both GO-containing
scaffolds reached temperatures above 42 °C in under 12 minutes, enabling effective
photothermal ablation of tumor cells. After 20 minutes of irradiation, the GO7.5 scaffold
reduced MG-63 tumor cell viability to 34.60 ± 10.72 %, while the GO5.0 scaffold
reached 55.44 ± 12.20 %. In vitro studies further demonstrated that GO5.0 scaffolds
supported the proliferation of MC3T3 pre-osteoblastic cells, although slightly lower than
in PCL control scaffolds. In conclusion, incorporating graphene oxide transformed the
PCL matrix scaffold into a bifunctional material capable of promoting bone regeneration
while enabling targeted photothermal therapy. Among all compositions tested, the GO5.0
scaffold exhibited the best balance of mechanical stability, osteoblastic activity, and
therapeutic efficiency, emphasizing its potential as a promising step forward in the
development of effective osteosarcoma therapy and subsequent bone regeneration
strategies.
O osteossarcoma é o cancro ósseo primário mais comum e agressivo, afetando principalmente crianças, adolescentes e jovens adultos durante períodos de rápido crescimento ósseo. Os tratamentos atuais salvam vidas, mas frequentemente deixam defeitos ósseos graves, redução da mobilidade e limitações funcionais permanentes. Apesar dos avanços em cirurgia e quimioterapia, eliminar células tumorais residuais e restaurar a estrutura e função do osso afetado continua a ser um grande desafio clínico. Para endereçar o problema, este trabalho apresenta uma estrutura de suporte bifuncional que combina ablação tumoral local com regeneração óssea. As estruturas de suporte foram fabricadas por fiação por via húmida e manufatura aditiva, utilizando poli(ε- caprolactona) (PCL) reforçada com diferentes concentrações de óxido de grafeno (GO) (0, 5.0 e 7.5% em peso), escolhido pela sua biocompatibilidade e elevada condutividade térmica. A adição de GO aumentou a rugosidade superficial sem alterar a porosidade (~60%). Ensaios mecânicos mostraram que 5.0% de GO manteve a integridade estrutural, com módulos de compressão de 1.00 ± 0.17 MPa (PCL), 1.03 ± 0.08 MPa (GO5.0) e 0.94 ± 0.18 MPa (GO7.5). Sob irradiação no infravermelho próximo (850 nm, 0,1 W·cm⁻²), as estruturas de suporte com GO atingiram temperaturas superiores a 42 °C em menos de 12 min, permitindo a ablação fototérmica eficaz de células tumorais. Após 20 min de irradiação, a estrutura GO7.5 reduziu a viabilidade celular de MG-63 para 34.60 ± 10.72 %, enquanto a GO5.0 alcançou 55.44 ± 12.20 %. Estudos in vitro demonstraram ainda que a GO5.0 suportou a proliferação de células pré-osteoblásticas MC3T3, embora ligeiramente inferior ao controlo PCL. Em conclusão, a incorporação de GO transformou a matriz de PCL num material bifuncional capaz de promover regeneração óssea e terapia fototérmica dirigida. A estrutura GO5.0 revelou o melhor equilíbrio entre estabilidade mecânica, atividade osteoblástica e eficiência terapêutica, mostrando grande potencial para terapias eficazes do osteossarcoma e regeneração óssea subsequente.
O osteossarcoma é o cancro ósseo primário mais comum e agressivo, afetando principalmente crianças, adolescentes e jovens adultos durante períodos de rápido crescimento ósseo. Os tratamentos atuais salvam vidas, mas frequentemente deixam defeitos ósseos graves, redução da mobilidade e limitações funcionais permanentes. Apesar dos avanços em cirurgia e quimioterapia, eliminar células tumorais residuais e restaurar a estrutura e função do osso afetado continua a ser um grande desafio clínico. Para endereçar o problema, este trabalho apresenta uma estrutura de suporte bifuncional que combina ablação tumoral local com regeneração óssea. As estruturas de suporte foram fabricadas por fiação por via húmida e manufatura aditiva, utilizando poli(ε- caprolactona) (PCL) reforçada com diferentes concentrações de óxido de grafeno (GO) (0, 5.0 e 7.5% em peso), escolhido pela sua biocompatibilidade e elevada condutividade térmica. A adição de GO aumentou a rugosidade superficial sem alterar a porosidade (~60%). Ensaios mecânicos mostraram que 5.0% de GO manteve a integridade estrutural, com módulos de compressão de 1.00 ± 0.17 MPa (PCL), 1.03 ± 0.08 MPa (GO5.0) e 0.94 ± 0.18 MPa (GO7.5). Sob irradiação no infravermelho próximo (850 nm, 0,1 W·cm⁻²), as estruturas de suporte com GO atingiram temperaturas superiores a 42 °C em menos de 12 min, permitindo a ablação fototérmica eficaz de células tumorais. Após 20 min de irradiação, a estrutura GO7.5 reduziu a viabilidade celular de MG-63 para 34.60 ± 10.72 %, enquanto a GO5.0 alcançou 55.44 ± 12.20 %. Estudos in vitro demonstraram ainda que a GO5.0 suportou a proliferação de células pré-osteoblásticas MC3T3, embora ligeiramente inferior ao controlo PCL. Em conclusão, a incorporação de GO transformou a matriz de PCL num material bifuncional capaz de promover regeneração óssea e terapia fototérmica dirigida. A estrutura GO5.0 revelou o melhor equilíbrio entre estabilidade mecânica, atividade osteoblástica e eficiência terapêutica, mostrando grande potencial para terapias eficazes do osteossarcoma e regeneração óssea subsequente.
Descrição
Palavras-chave
Osteosarcoma Graphene oxide (GO) Poly(3-caprolactone) (PCL) Additive manufacturing Photothermal therapy Bifunctional scaffolds Osteossarcoma Óxido de grafeno Manufatura aditiva Terapia fototérmica