Desenvolvimento e avaliação de membranas de alginato com vidro bioativo para potenciais aplicações em regeneração tecidual

Abstract

A regeneração tecidual continua sendo um desafio relevante na área de biomateriais, especialmente em interfaces entre tecidos com características distintas e nas quais abordagens convencionais apresentam limitações. Nesse contexto, a busca por materiais capazes de combinar hidratação, conformabilidade e resposta bioativa tem impulsionado o desenvolvimento de sistemas compósitos para aplicações em regeneração tecidual. Entre essas possibilidades, o alginato se destaca pela capacidade de formar estruturas hidratáveis e conformáveis, enquanto o vidro bioativo apresenta potencial para modular a interação do sistema com meios fisiológicos. Assim, este trabalho teve como objetivo desenvolver e avaliar membranas de alginato de sódio e membranas compósitas de alginato–vidro bioativo (45S5), produzidas por solvent casting seguido de reticulação iônica em CaCl₂. Foram investigados os efeitos da concentração do banho reticulante (0,1 mol/L e 0,5 mol/L) e da incorporação de 1,0% (m/m) de vidro bioativo sobre o comportamento das membranas em meio aquoso e em fluido corporal simulado (SBF). As amostras foram avaliadas por ensaios de intumescimento durante a reticulação e após imersão em SBF no curto prazo, além de caracterização por difração de raios X (DRX), microscopia eletrônica de varredura (MEV), com análise por EDS e avaliação da estabilidade após 3 semanas de imersão em SBF. Os resultados mostraram que a concentração de CaCl₂ influenciou de forma marcante a hidratação das membranas, com menor razão de intumescimento e estabilização mais rápida para 0,5 mol/L. A incorporação do vidro bioativo aumentou o intumescimento em relação ao alginato puro, tanto durante a reticulação quanto em SBF no curto prazo. Após 3 semanas em SBF, observaram-se elevada hidratação no estado úmido, indícios de degradação em todas as condições avaliadas e alterações superficiais compatíveis com a reatividade do sistema, com predomínio de fases carbonatadas e regiões enriquecidas em Ca e P. Em conjunto, os resultados evidenciam a viabilidade da rota proposta e mostram que a reticulação iônica e a presença do vidro bioativo modulam a hidratação, a estabilidade e a resposta do material em SBF, reforçando o potencial do sistema como plataforma promissora para o desenvolvimento de membranas bioativas obtidas por processamento simples.

Tissue regeneration remains a significant challenge in the field of biomaterials, especially at interfaces between tissues with distinct characteristics where conventional approaches present limitations. In this context, the search for materials capable of combining hydration, conformability, and a bioactive response has driven the development of composite systems for tissue regeneration applications. Among these possibilities, alginate stands out for its ability to form highly hydrated and conformable structures, while bioactive glass has the potential to modulate the system's interaction with physiological media. Therefore, this work aimed to develop and evaluate sodium alginate membranes and alginate-bioactive glass (45S5) composite membranes, produced by solvent casting followed by ionic crosslinking in CaCl₂. The effects of the crosslinking bath concentration (0.1 mol/L and 0.5 mol/L) and the incorporation of 1.0% (w/w) bioactive glass on the behavior of the membranes in an aqueous medium and in simulated body fluid (SBF) were investigated. The samples were evaluated by swelling tests during crosslinking and after short-term immersion in SBF, in addition to characterization by X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), coupled with EDS analysis, and stability evaluation after 3 weeks of immersion in SBF. The results showed that the CaCl₂ concentration markedly influenced the hydration of the membranes, with a lower swelling ratio and faster stabilization for 0.5 mol/L. The incorporation of bioactive glass increased the swelling ratio compared with pure alginate, both during crosslinking and under short-term SBF exposure. After 3 weeks in SBF, high hydration in the wet state, signs of degradation under all evaluated conditions, and surface changes consistent with the system's reactivity were observed, with a predominance of carbonate phases and regions enriched in Ca and P. Overall, the results demonstrate the feasibility of the proposed route and show that ionic crosslinking and the presence of bioactive glass modulate the hydration, stability, and response of the material in SBF, reinforcing the system's potential as a promising platform for the development of bioactive membranes obtained through a simple processing route.