Electrospun fibrous mats for skin and abdominal wall repair

Abstract

Esta tese centra-se no desenvolvimento de materiais biodegradáveis e nãodegradáveis produzidos por eletrofiação com aplicação na área biomédica. O poli(3-hidroxibutirato-co-3-hidroxivalerato) (PHBV), um poliéster biodegradável, foi selecionado como base dos materiais biodegradáveis, enquanto o poli(tereftalato de etileno) (PET), um polímero sintético, estável e biocompatível, foi selecionado para a produção das matrizes não degradáveis. Adicionou-se quitosana aos sistemas com o objetivo de melhorar o processo de eletrofiação e as propriedades morfológicas, físico-químicas e biológicas dos materiais resultantes. A composição química, bem como as características morfológicas e físicoquímicas dos materiais em estudo, foram manipuladas de modo a otimizar a sua performance como suportes celulares para engenharia de tecidos. Foram realizados estudos in vitro com cultura de fibroblastos L929 para avaliar o comportamento das células, i.e. viabilidade, adesão, proliferação e morte, quando cultivadas nas matrizes produzidas por eletrofiação. Adicionalmente foram realizados ensaios in vivo para investigar o potencial dos materiais em estudo na regeneração cutânea e como tela abdominal. Os principais resultados encontrados incluem: o desenvolvimento de novas matrizes híbridas (PHBV/quitosana) adequadas ao crescimento de fibroblastos e ao tratamento de lesões de pele; o desenvolvimento de um sistema de eletrofiação com duas seringas para a incorporação de compostos bioativos; diversas estratégias para manipulação das características morfológicas dos materiais de PHBV/quitosana e PET/quitosana produzidos por eletrofiação; uma melhoria do conhecimento das interações fibroblastos-suporte polimérico; a verificação de uma resposta inflamatória desencadeada pelos materiais nãodegradáveis quando utilizados no tratamento de defeitos da parede abdominal, o que sugere a necessidade de novos estudos para avaliar a segurança do uso de biomateriais produzidos por eletrofiação.

This thesis focuses on the development of biodegradable and non-degradable electrospun materials with application in the biomedical field. Poly(3- hydroxybutyrate-co-3-hydroxyvalerate) (PHBV), a natural biodegradable polyester, was selected as the basis of the biodegradable materials while polyethylene terephthalate (PET), a biocompatible stable synthetic polyester, was selected for the production of the non-degradable ones. Chitosan was added to both systems in order to enhance electrospinnability as well as morphological, physico-chemical, and biological features of the biomaterials. The chemical composition, morphological and some physico-chemical characteristics of these materials were manipulated toward an optimized biological performance as scaffolds for tissue engineering. In vitro cell culture studies were performed with L929 fibroblasts in order to study the cell behavior, i.e. viability, adhesion, proliferation and death, when cultured on the electrospun materials. Furthermore, in vivo assays were conducted in order to investigate the potential of the materials under study for skin and abdominal wall repair. The main achievements of this thesis include: the development of new PHBV/chitosan hybrid mats suitable for fibroblasts growth and with a good performance when used as a scaffold for skin repair; the development of a dual syringe electrospinning system for incorporation of bioactive compounds; several strategies to manipulate the morphological characteristics of electrospun materials of both PHBV/chitosan and PET/chitosan blends; an improvement of the knowledge of cell-scaffolds interactions; the detection of an important inflammatory response elicited by the non-degradable electrospun materials when used as prosthetic meshes for abdominal defect repair, suggesting the need of further studies on the safety of nanosized electrospun biomaterials.