Desenvolvimento de materiais foto-reticuláveis para aplicação biomédica

Abstract

O interesse e a investigação na área médica e biomédica tem permitido o aparecimento de meios de encerramento de incisões alternativos. Um exemplo disso é o aparecimento de novos biomateriais, como os adesivos cirúrgicos que atuam como dispositivos médicos, possibilitando a aproximação das extremidades das feridas e assim, ajudando na sua cicatrização. Características como a sua biodegradabilidade, biocompatibilidade, rapidez de aplicação, resultados estéticos muito favoráveis, mas também o conforto oferecido ao paciente, tornam estes materiais numa alternativa atrativa e eficaz. No mercado estão disponíveis adesivos e selantes de origem sintética e natural, com as mais variadas propriedades, possibilitando o seu uso em diferentes contextos cirúrgicos. No entanto, existem ainda limitações associadas ao uso de adesivos cirúrgicos como fracas propriedades mecânicas, risco de transmissão de doenças e libertação de produtos tóxicos, que acabam por limitar a sua utilização. A solução para colmatar as limitações apresentadas pelos bioadesivos já disponíveis no mercado passa pelo desenvolvimento de adesivos à base de polímeros biocompatíveis, biodegradáveis e foto-reticuláveis. Polímeros foto-reticuláveis conferem aos materiais maior rapidez de cura e um maior controlo da temperatura de polimerização permitindo, consequentemente, um maior controlo das propriedades finais do polímero.A elaboração do presente trabalho consistiu no desenvolvimento adesivos, tendo sido sintetizados para tal copolímeros a partir de oligómeros de ácido lático e policaprolactona (PCL), ambos funcionalizados com acrilato de 2-isocianoetil (AOI), nas proporções 1:1, 1:2 e 2:1. Posteriormente, foi feita a caracterização dos materiais disponíveis, avaliando dois tempos de reticulação - 30 segundos e 2 minutos - delimitando as suas potenciais propriedades. Deste modo, obtiveram-se membranas flexíveis e resistentes, com diferentes características que apontavam para a aplicabilidade pretendida.A análise termogravimétrica aferiu que todos os adesivos desenvolvidos seriam termicamente estáveis, a altas temperaturas.Os adesivos com 30 segundos de reticulação apresentam menores valores de teor de gel, contendo assim, um menor grau de reticulação. Estes filmes são caracterizados por uma maior capacidade de absorção de água, comparativamente aos restantes, resultando numa maior taxa de degradação. Contrariamente, os adesivos com tempo de cura de 2 minutos correspondem a valores mais elevados de teor de gel e, por isso, maior grau de reticulação. Esta propriedade confere-lhes uma matriz polimérica tridimensional mais compacta que reduz a capacidade de absorção de água e, consequentemente, a degradação dos materiais. O tempo a que os adesivos estiveram expostos a irradiação UV tem também influencia na biocompatibilidade dos materiais, sendo que aos 30 segundos correspondem percentagens de viabilidade celular e capacidade bactericida mais reduzidas, no caso dos copolímeros. No entanto, todos os copolímeros mostraram ser biocompatíveis e biodegradáveis.Quanto à sua composição, adesivos de mLA4 apresentaram um menor grau de reticulação, o que se traduz numa maior capacidade de absorção de água e, consequentemente, uma maior degradação hidrolítica. Já a polímeros de mPA4, estão associados elevados graus de reticulação, e percentagens de absorção de água bastante inferiores, quando comparados com os referidos anteriormente. A proporção dos macrómeros nos polímeros tem impacto nas propriedades dos mesmos sendo que, os filmes com maior quantidade de mLA (L2P1) apresentam-se com valores mais baixos de reticulação e maior taxa de degradação, ao contrário do que se verifica nos polímeros de mPA4 (L1P2), que demostraram um carácter mais hidrofóbico e, com isso, menores taxas de degradação hidrolítica. O mesmo acontece com as propriedades biológicas, onde o aumento da quantidade de mPA4, resulta na diminuição da viabilidade celular e na capacidade antibacteriana dos adesivos.Adesivos à base de copolímeros de PCL e ácido lático, revelaram-se uma escolha viável no desenvolvimento de adesivos para aplicação cirúrgica, dado os resultados obtidos na sua caracterização. Palavras-chave: Adesivo cirúrgico, polímeros foto-reticuláveis, ácido lático, policaprolactona, biodegradabilidade.

Increasing interest and research in both medical and biomedical fields have allowed the emergence of new alternative wound closure methods. A case in point is the appearance of new biomaterials, such as new surgical adhesives that act as medical devices, enabling the approximation of both sides of the wounds, thus helping their healing. Properties like their biodegradability, their biocompatibility, their speed of application, their ability to provide favorable aesthetic results, as well as them being comfortable for the patient, make these materials an attractive and effective option. There are both synthetic and natural adhesives and sealants available in the market, with a wide range of properties, allowing their use in different surgical contexts. However, there are still some restrictions regarding the use of these adhesives, such as weak mechanical properties, risk of disease transmission and release of toxic products, which ultimately limit their use. The solution to overcome the gaps presented by bioadhesives already available in the market is the development of biocompatible, biodegradable and photo-crosslinkable polymer-based adhesives. Photo-crosslinkable polymers give materials faster cure time and greater polymerization temperature control, thus allowing a better control of the final properties of the polymer.The elaboration of this work consisted in the development of copolymers synthesized from oligomers of lactic acid and polycaprolactone (PCL), both functionalized with 2-isocyanoethyl acrylate (AOI) in 1:1, 1:2 and 2:1 ratios. Subsequently, the available materials were characterized by evaluating two cross-linking times - 30 seconds and 2 minutes - and their potential properties were delimited. As follows, flexible and resistant membranes were obtained, with different characteristics that pointed to the intended applicability.The thermogravimetric analysis verified that all developed adhesives would be thermally stable at high temperatures. Adhesives crosslinked for 30 seconds showed lower gel content results, thus containing a lower degree of crosslinking. These adhesives are characterized by a higher water absorption capacity compared to the others, resulting in a higher degradation rate. On the other hand, those crosslinked for 2 minutes have higher gel content values, therefore having a higher degree of crosslinking. Such property gives them a more compact polymeric matrix that reduces their water absorption capacity and, consequently, the material degradation. The crosslinking time also influences materials biocompatibility, with 30-second crosslinking times corresponding to lower cell viability percentages and bactericidal capacity. However, all adhesives have been shown to be biocompatible and biodegradableWhen it comes to their composition, mLA4 adhesives showed a lower degree of crosslinking, which translates into a higher water absorption capacity and, consequently, into a greater hydrolytic degradation. Elseways, mPA4 polymers are associated with higher degrees of crosslinking and much lower percentages of water absorption., when compared to those previously mentioned. The macromers proportion in the polymers has an impact on their properties. While adhesives with higher amounts of mLA (L2P1) have lower crosslinking values and higher degradation rate, mPA4 polymers (L1P2) showed more hydrophobic properties and, thus, lower degradation rates. The same happens for biological properties, where increasing the amount of mPA4 results in decreased cell viability and antibacterial ability of the adhesives.Adhesives composed by PCL and lactic acid copolymers, proved to be a viable choice in the development of adhesives for surgical application, given the results obtained in their characterization.Keywords: surgical adhesive, photo-crosslinkable polymers, lactic acid, polycaprolactone, biodegradability.