Preparação de polímeros foto-reticuláveis para aplicação biomédica

Abstract

Nas últimas duas décadas, verificou-se uma tendência na substituição dos métodos tradicionais de encerramento de incisões (suturas e agrafos), por procedimentos cirúrgicos mais simples, rápidos e minimamente invasivos, como é o caso dos adesivos cirúrgicos. Estes possibilitam a aproximação das extremidades dos tecidos, ajudando na sua cicatrização. Para além disso, características como redução do trauma induzido nos tecidos vizinhos, resultado estético favorecido e possibilidade de serem biodegradáveis, tornam a utilização de adesivos cirúrgicos vantajosa. Atualmente, estão disponíveis comercialmente adesivos de origem natural e sintética, no entanto, estão associados a risco de transmissão de doenças, libertação de produtos tóxicos e fracas propriedades mecânicas, o que limita a sua aplicação. Assim, a solução passa pelo desenvolvimento de adesivos cirúrgicos foto-reticuláveis, uma vez que oferecem grandes vantagens, como controlo da temperatura de polimerização e alta taxa de cura que, consequentemente, leva a uma redução do tempo cirúrgico e um controlo superior sobre as propriedades finais do material.Neste trabalho desenvolveram-se adesivos foto-reticuláveis a partir de poliésteres insaturados, sintetizados através de etilenoglicol ou 1,6-hexanodiol e ácido itacónico, a 170 ºC e nas proporções 1:1 e 2:1, na presença ou ausência de solvente. Um fotoiniciador biocompatível, Irgacure® 2959, foi também usado obtendo-se matrizes flexíveis, resistentes e transparentes após 45, 90 e 150 segundos de exposição à irradiação UV. Os filmes foram caracterizados quanto ao teor de gel, capacidade de absorção de água, degradação hidrolítica em solução de PBS, ângulos de contacto e biocompatibilidade.As estruturas químicas dos poliésteres sintetizados e dos materiais reticulados, foram confirmadas utilizando técnicas de ATR-FTIR e 1H RMN.Os adesivos com tempo de reticulação de 45 s, apresentaram menores valores de teor de gel e, consequentemente, menor grau de reticulação. Contrariamente, para tempos de reticulação de 150 s, os resultados de teor de gel foram mais elevados e assim, maior o grau de reticulação. Desta forma, e como a matriz para os adesivos de 45 s era menos rígida e compacta, a percentagem da capacidade de absorção de água foi maior e, consequentemente, maior a degradação dos materiais. Os resultados obtidos variaram também consoante o diol e a estequiometria da reação. Relativamente ao diol utilizado, para os adesivos com 1,6-hexanodiol, os valores de teor de gel foram menores devido ao aumento de ligações na cadeia principal, sendo mais difícil quebrar as ligações. Relativamente às reações em que o 1,6-hexanodiol e o etilenoglicol se encontravam em excesso, os valores de teor de gel foram menores, quando comparados com os resultados para a estequiometria 1:1. Desta forma, os valores de teor de gel para a reação 1,6-hexanodiol (HDO)+ácido itacónico (AI) 2:1 foram retirados do estudo. Assim, os adesivos de etilenoglicol apresentaram maiores percentagens de capacidade de absorção de água, valores mais elevados de perda de massa e apresentaram caráter hidrofílico.Resumidamente, o teor de gel, a capacidade de absorção de água e a degradação hidrolítica em solução de PBS evidenciaram que, quanto maior o tempo de exposição dos filmes à luz UV, maior o grau de reticulação e menor a degradação e a capacidade de absorção de água. O estudo da biocompatibilidade não apresentou resultados muito satisfatórios, sendo que a percentagem de viabilidade celular se encontrou entre os 61% e os 67%. Foi possível observar que um aumento do tempo de reticulação levou a um aumento da viabilidade celular e, para além disso, e os adesivos que apresentaram caráter mais hidrofílico, foram também os que apresentaram maior percentagem de viabilidade celular.Posto isto e, embora este trabalho apresente um contributo importante na área do desenvolvimento de adesivos para aplicação cirúrgica, é necessário a otimização do tempo de reticulação e nova realização de testes de caracterização.

In the last two decades, there has been a trend toward replacing traditional incision closure methods (sutures and staples) with surgical treatments that are simpler, easier, and less invasive, such as tissue adhesives. These allow for close proximity of tissue ends, which aids in the healing process. Furthermore, benefits such as reduced stress to nearby tissues, a more pleasing aesthetic appearance, and biodegradability make tissue adhesives more appealing. Natural and synthetic adhesives are commercially available; however, there is a risk of disease transmission, toxic substance release, and poor mechanical properties, which limit their applicability. As a result, the solution pass for the creation of photo-crosslinkable surgical adhesives, which gives several advantages including polymerization temperature control and high cure rate, resulting in a shorter surgery time and greater control over final product attributes.In this study, photo-crosslinkable adhesives were created using unsaturated polyesters synthesized with ethyleneglycol or 1,6-hexanediol and itaconic acid at 170°C and in proportions of 1:1 and 2:1, in the presence or absence of solvent. After 45, 90, and 150 seconds of UV irradiation, a biocompatible fotoiniciator, Irgacure® 2959, was employed to produce flexible, durable, and transparent films.The films were evaluated using ATR-FTIR, gel content, swelling, hydrolytic degradation in PBS, dynamic contact angles, and biocompatibility. The chemical structures of unsaturated polyesters and crosslinked compounds were confirmed using ATR-FTIR and 1H NMR.Adhesives with a crosslinking time of 45 s exhibited lower gel content values and, as a result, less crosslinking. The gel content results were higher for crosslinking periods of 150 s, and consequently a greater degree of crosslinking. As a result of the lower stiffness and compactness of the matrix for the 45 s adhesives, the percentage of water absorption capacity was higher, resulting in more material degradation.The results differed depending on the diol and the reaction stoichiometry. Due to the increased number of bonds in the main chain, the gel content values for adhesives containing 1,6-hexanediol were lower than those for adhesives containing ethyleneglycol. The gel content values for reactions with excess of 1,6-hexanediol and ethylene glycol were lower when compared to the results for 1:1 stoichiometry. As a result, the 2:1 HDO+IA reaction gel content data from the study were deleted. Furthermore, ethylene glycol adhesives had higher percentages of water absorption capacity, higher mass loss values, and a hydrophilic nature.In a nutshell, the gel content, water absorption capacity, and hydrolytic degradation in PBS solution revealed that the longer the films were exposed to UV light, the more crosslinking occurred resulting in lower water absorption capacity and degradation.The biocompatibility investigation yielded unsatisfactory results, with cell viability ranging from 61% to 67%. It was discovered that increasing the crosslinking duration increased cell viability, and that adhesives with a more hydrophilic character also had the highest percentage of cell vitality.Nonetheless, while this work makes a significant contribution to the development of surgical adhesives, it is vital to optimize the crosslinking period and conduct additional characterization experiments.