O presente trabalho tem como objetivo, o estudo e desenvolvimento de materiais injetáveis para suporte mecânico em fraturas ósseas. Em parceria com a empresa Artur Salgado SA, pretende-se criar um cimento ósseo que seja capaz de fornecer suporte mecânico, permitindo a inclusão de fármacos e a sua libertação de forma controlada. Pretende-se, também, que o material consiga endurecer a temperaturas específicas. Os cimentos ósseos podem ser acrílicos ou cerâmicos. Os primeiros são constituídos por uma matriz polimérica, carregada com partículas de um material inorgânico, e apresentam a capacidade de se fixarem no osso e servirem de suporte mecânico. Já os cerâmicos, como os cimentos de fosfatos de cálcio, são formados a partir de uma adição dos fosfatos a uma solução aquosa formando uma pasta. Após uma fratura, o objetivo é a cicatrização, pelo que o cimento ósseo que serve de suporte mecânico, deve ser removido. Assim sendo, uma das propriedades mais relevantes destes materiais injetáveis, é a sua biodegrabilidade. Durante o desenvolvimento experimental, diferentes formulações de cimentos ósseos foram testadas quanto aos tempos de cura, resistência à compressão, bioatividade e citotoxicidade. Foram usadas formulações contendo HA, com adições de curcumina e água de coco em pó. Os tempos de cura das formulações foram razoáveis, com a maioria situando-se entre os valores de referência. A bioatividade foi confirmada com o aumento do rácio de Ca/P ao longo do tempo, na superfície das amostras, após imersão em solução de fluído corpóreo simulado (SBF). Relativamente à resistência à compressão, os valores registados foram inferiores ao ideal para aplicações clínicas, situando-se entre 2.18 e 2.62 MPa. Para além disso, a maioria das formulações apresentaram-se como materiais citotóxicos até se atingir um extrato de 6.25%, com a formulação base, 2.75 g de pó e 1.48 mL de fase líquida (C2.75), a mostrar-se com o maior grau de citotoxicidade. A substituição de parte desta formulação por ACP e CUR melhorou o crescimento celular em comparação com a formulação pura. Com base nos resultados, conclui-se que apesar de os CPCs estudados apresentam potencial para aplicações clínicas, são necessárias melhorias significativas nas propriedades mecânicas e na redução da citotoxicidade. Futuramente a otimização do desempenho destes cimentos, pode passar por alterações na formulação, como a introdução de novos componentes, como Zinco (Zn), fibras de colagénio, entre outros.

The aim of this work is to study and develop injectable materials for mechanical support in bone fractures. In partnership with the company Artur Salgado SA, the aim is to create a bone cement capable of providing mechanical support, allowing the inclusion of drugs and their controlled release. It is also intended that the material will be able to harden at specific temperatures. Bone cements can be acrylic or ceramic. The former are made up of a polymeric matrix, loaded with particles of an inorganic material, and have the ability to attach to the bone and serve as mechanical support. Ceramics, such as calcium phosphate cements, are formed by adding phosphates to an aqueous solution to form a paste. After a fracture, the goal is healing, so the bone cement that serves as mechanical support must be removed. Therefore, one of the most important properties of these injectable materials is their biodegradability. During experimental development, different formulations of bone cements were tested for curing times, compressive strength, bioactivity and cytotoxicity. Formulations containing HA, with additions of curcumin and coconut water powder were used. The curing times of the formulations were reasonable, with the majority falling within the reference values. Bioactivity was confirmed by the increase in the Ca/P ratio over time on the surface of the samples after immersion in simulated body fluid (SBF) solution. Regarding compressive strength, the values recorded were lower than ideal for clinical applications, ranging from 2.18 to 2.62 MPa. In addition, most of the formulations proved to be cytotoxic materials up to an extract of 6.25%, with the base formulation, 2.75 g of powder and 1.48 mL of liquid phase (C2.75), showing the highest degree of cytotoxicity. Replacing part of this formulation with ACP and CUR improved cell growth compared to the pure formulation. Based on the results, it can be concluded that although the CPCs studied have potential for clinical applications, significant improvements are needed in their mechanical properties and in reducing cytotoxicity. In the future, optimizing the performance of these cements could involve changes to the formulation, such as the introduction of new components like zinc (Zn), collagen fibers, among others.

Mestrado em Engenharia Biomédica