Conduítes eletrofiados constituídos de fibras alinhadas de poli (ácido láctico- co-ácido glicólico) com nanopartículas condutoras para a regeneração de nervos periféricos

Abstract

Lesões em nervos periféricos podem causar inúmeros problemas na vida dos pacientes, tais como alterações sensoriais, dor e paralisias. O autoenxerto é considerado o reparo mais eficaz em casos de lesões graves em que a sutura direta não é aplicável. No entanto, o autoenxerto causa a perda de funcionalidade do sítio doador, e ainda, existe uma limitada disponibilidade de nervos doadores. Os conduítes de nervos surgem como uma alternativa ao autoenxerto. Alguns conduítes encontram-se disponíveis para o uso clínico, no entanto, ainda precisam ser otimizados para uma melhor resposta funcional do nervo. Assim, nesta tese, foram desenvolvidas membranas eletrofiadas constituídas de fibras alinhadas de poli (ácido láctico-co-ácido glicólico (PLGA) contendo três tipos de aditivos condutores, polipirrol (PPy), montmorilonita-polipirrol (Mt-PPy) e nanotubos de carbono (NTC), com microestrutura, propriedades elétricas, mecânicas e biológicas favoráveis para serem utilizados como conduítes de nervos. As membranas eletrofiadas foram preparadas a partir de duas rotas distintas: i) recobrimento da membrana eletrofiada de PLGA com PPy a partir da polimerização oxidativa in situ do monômero; ii) eletrofiação direta, em que as membranas foram obtidas a partir da eletrofiação de uma solução contendo o PLGA e os aditivos PPy, Mt- PPy dopados com ácido dodecil benzeno sulfônico (DBSA) e os NTC. Foi investigado os parâmetros apropriados para a eletrofiação do PLGA, as condições apropriadas para um recobrimento homogêneo das fibras de PLGA com PPy e o efeito de diferentes frações mássicas de PPy, Mt-PPy e NTC na microestrutura, nas propriedades e na viabilidade celular in vitro das membranas eletrofiadas. Ademais, foi investigada a degradação in vitro das membranas de PLGA e PLGA/NTC. As rotas utilizadas no preparo das membranas eletrofiadas influenciaram diretamente nas propriedades elétricas e na citotoxicidade das membranas. As membranas de PLGA recobertas com polipirrol (PLGA-rec) apresentaram os maiores valores de condutividade elétrica, com aumento de 15 ordens em relação as membranas de PLGA. Também apresentaram aumento da hidrofilicidade e nas propriedades mecânicas. No entanto, foram citotóxicas pelos resultados de viabilidade celular in vitro. As membranas eletrofiadas de PLGA e PLGA/NTC degradaram-se in vitro em até 60 % em 12 semanas. Membranas eletrofiadas de PLGA/PPy.DBSA e PLGA/Mt-DBSA e PLGA/NTC obtidas por eletrofiação direta apresentaram propriedades mecânicas e biológicas apropriadas para a aplicação. O aumento da fração mássica dos aditivos contribuiu para o aumento das propriedades térmicas e mecânicas das membranas. Os três grupos apresentaram viabilidade celular, entretanto, não houve diferença significativa na resposta biológica entre os grupos. Os maiores valores de condutividade elétrica foram apresentados pela membrana de PLGA/Mt-PPy.DBSA contendo 5 e 7,5 %m de Mt-PPy.DBSA, com aumento de 6 e 7 ordens de grandeza, respectivamente. Essa resposta foi atribuída à formação de uma rede condutora facilitada pela alta razão de aspecto do aditivo Mt-PPy.DBSA. Considerando as significativas mudanças na condutividade elétrica e as satisfatórias propriedades mecânicas e biológicas, as membranas eletrofiadas de PLGA/Mt-DBSA contendo 5 e 7,5 %m de Mt-PPy.DBSA apresentam grande potencial para serem utilizadas como conduítes eletrofiados para a regeneração de nervos periféricos.

Abstract: Peripheral nerve injuries can cause numerous problems in patients? lives, such as sensory changes, pain, and paralysis. Autograft is considered the most effective repair in cases of severe injuries where direct suturing is not applicable. However, autograft causes loss of functionality at the donor site, and still, there is limited availability of the donor nerves. Nerve conduits appear as an alternative to autograft. Some conduits are available for clinical use, however, still need to be optimized for a better functional nerve response. Thus, in this thesis, were developed electrospun membranes with aligned fibers, based on poly (lactic-co-glycolic acid) (PLGA) containing three types of conductive additives, polypyrrole (PPy), montmorillonite-polypyrrole (Mt-PPy) and carbon nanotubes (NTC) with microstructure, electrical and mechanical properties and biologically favorable to be used as nerves conduits in peripheral nerve regeneration. The electrospun membranes were prepared from two different routes: i) coating the electrospun PLGA membrane with PPy from the in situ oxidative polymerization of the monomer; ii) direct electrospinning technique, in which the membranes were obtained from the electrospinning of a mixture containing PLGA and the additives PPy, Mt-PPy doped with dodecyl benzene acid sulfonic acid (DBSA) and NTC. The appropriate electrospinning parameters of the PLGA were investigated, as well as, the appropriate conditions for a homogeneous coating of PLGA fibers with PPy and the effect of the amount of PPy, Mt-PPy and NTC, on the microstructure, on the properties and cell viability of the electrospun membranes. Additionally, it was investigated the degradation in vitro of PLGA and PLGA/NTC membranes. The route of preparation of the electrospun membranes directly influenced on the electrical properties and the cytotoxicity of membranes. Polypyrrole-coated PLGA membranes (PLGA-rec) showed the highest electrical conductivity values among all groups, with an increase of 15 orders compared to PLGA membranes. Also, showed increase in hydrophilicity, and mechanical properties suitable for this application. However, they were cytotoxic according to in vitro cell viability results. Electrospun PLGA and PLGA/NTC membranes degraded by up to 60% in 12 weeks. Electrospun PLGA/PPy.DBSA and PLGA/Mt-DBSA and PLGA/NTC membranes obtained by direct electrospinning showed appropriate mechanical and biological properties for application as nerve conduits. The increase in the mass fraction of the conductive additives contributed to an increase in the thermal and mechanical properties of the membranes. All three groups presented cellular viability, however, there was no significant difference in the biological response between the groups. The highest values of electrical conductivity were obtained by PLGA/Mt-PPy.DBSA membrane containing 5 and 7.5 wt% of Mt-PPy.DBSA, with an increase of 6 and 7 orders of magnitude, respectively. This behavior was attributed to the formation of a conductive network facilitated by the high aspect ratio of the additive Mt-PPy.DBSA. Considering the significant changes in electrical conductivity and satisfactory mechanical and biological properties, electrospun PLGA/Mt-DBSA membranes containing 5 and 7.5 wt% of Mt-PPy.DBSA have great potential to be used as electrospun nerve conduits in peripheral nerve regeneration.