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Authors
Abstract(s)
The human skin, the body's largest organ, is a protective barrier with crucial functions in temperature regulation and sensory perception. However, severe injuries such as burns often challenge its regenerative capacity, needing effective wound treatment strategies. Hydrogels based on natural polymers have emerged as promising solutions for wound care, particularly when combined with advanced fabrication techniques, such as 3D printing. This study aimed to develop and characterize 3D printable hydrogels composed of alginate and gelatin due to their notable properties of biocompatibility and biomimicry. The incorporation of crosslinking agents, including calcium chloride (CaCl2) and transglutaminase (TGase), was investigated to enhance the mechanical and biochemical properties of the hydrogels. The effects of polymer concentration and crosslinking on hydrogel performance were evaluated through comprehensive analysis, including Fourier-transform infrared spectroscopy (FTIR), swelling tests, and printability assessments. The influence of bioactive substances, such as green tea extract, on swelling behavior and printability was examined. The results of this work demonstrate that optimized formulations, such as ALG2.5GEL4 (Alginate2.5:Gelatin4) and ALG4GEL4 (Alginate:4Gelatin4), exhibit superior printing and swelling characteristics, indicating their potential for use in wound treatment applications. Incorporating bioactive compounds within the hydrogel matrix aimed to improve therapeutic outcomes and promote wound healing. Furthermore, extrusion-based 3D printing technology enables precise control of material deposition, facilitating the fabrication of customized dressings tailored for individual patient needs. This interdisciplinary approach, using natural polymers, bioactive substances, and advanced manufacturing techniques, holds great potential to revolutionize regenerative medicine and advance healthcare practices, enhancing patient outcomes and quality of life.
A pele humana, o maior órgão do corpo, desempenha a função de barreira protetora com efeitos importantes na regulação da temperatura e na perceção sensorial. No entanto, lesões graves como queimaduras muitas vezes desafiam a sua capacidade regenerativa, exigindo estratégias eficazes no tratamento de feridas. Os hidrogéis à base de polímeros naturais surgiram como soluções promissoras para cuidados com feridas, especialmente quando combinados com técnicas avançadas de fabricação, como a impressão 3D. Este estudo, teve como objetivo desenvolver e caracterizar hidrogéis imprimíveis em 3D compostos por alginato e gelatina, dado às suas propriedades notáveis de biocompatibilidade e biomiméticas . A incorporação de agentes de reticulação, incluindo cloreto de cálcio (CaCl2) e transglutaminase (TGase), foi investigada para aprimorar as propriedades mecânicas e bioquímicas dos hidrogéis. Através de uma análise extensa, incluindo espectroscopia de infravermelho por transformada de Fourier (FTIR), testes de inchamento e avaliações da impressão, foram estudados os efeitos da concentração de polímero e da reticulação no desempenho do hidrogel. Adicionalmente, foi examinada a influência de substâncias bioativas, como o extrato de chá verde, no comportamento de inchamento e impressão. Os resultados obtidos demonstram que as formulações otimizadas, como por exemplo a ALG2.5GEL4 (Alginato2.5:Gelatina4) e ALG4GEL4 (Alginato4:Gelatina4), exibem características de impressão e inchamento superiores, indicando o seu potencial para uso em aplicações de tratamento de feridas. A adição de compostos bioativos à matriz de hidrogel, foi efetuada visando melhorar os resultados terapêuticos e promover a cicatrização de feridas. Adicionalmente, a utilização da tecnologia de impressão 3D baseada em extrusão permitiu um controle preciso da deposição do material, facilitando a fabricação de curativos personalizados adaptados às necessidades individuais dos pacientes. Esta abordagem interdisciplinar, aproveitando polímeros naturais, substâncias bioativas e técnicas avançadas de fabricação, tem elevado potencial para revolucionar a medicina regenerativa resultando na evolução das práticas de saúde, melhorando assim os resultados obtidos com os pacientes e a desta forma a qualidade de vida.
A pele humana, o maior órgão do corpo, desempenha a função de barreira protetora com efeitos importantes na regulação da temperatura e na perceção sensorial. No entanto, lesões graves como queimaduras muitas vezes desafiam a sua capacidade regenerativa, exigindo estratégias eficazes no tratamento de feridas. Os hidrogéis à base de polímeros naturais surgiram como soluções promissoras para cuidados com feridas, especialmente quando combinados com técnicas avançadas de fabricação, como a impressão 3D. Este estudo, teve como objetivo desenvolver e caracterizar hidrogéis imprimíveis em 3D compostos por alginato e gelatina, dado às suas propriedades notáveis de biocompatibilidade e biomiméticas . A incorporação de agentes de reticulação, incluindo cloreto de cálcio (CaCl2) e transglutaminase (TGase), foi investigada para aprimorar as propriedades mecânicas e bioquímicas dos hidrogéis. Através de uma análise extensa, incluindo espectroscopia de infravermelho por transformada de Fourier (FTIR), testes de inchamento e avaliações da impressão, foram estudados os efeitos da concentração de polímero e da reticulação no desempenho do hidrogel. Adicionalmente, foi examinada a influência de substâncias bioativas, como o extrato de chá verde, no comportamento de inchamento e impressão. Os resultados obtidos demonstram que as formulações otimizadas, como por exemplo a ALG2.5GEL4 (Alginato2.5:Gelatina4) e ALG4GEL4 (Alginato4:Gelatina4), exibem características de impressão e inchamento superiores, indicando o seu potencial para uso em aplicações de tratamento de feridas. A adição de compostos bioativos à matriz de hidrogel, foi efetuada visando melhorar os resultados terapêuticos e promover a cicatrização de feridas. Adicionalmente, a utilização da tecnologia de impressão 3D baseada em extrusão permitiu um controle preciso da deposição do material, facilitando a fabricação de curativos personalizados adaptados às necessidades individuais dos pacientes. Esta abordagem interdisciplinar, aproveitando polímeros naturais, substâncias bioativas e técnicas avançadas de fabricação, tem elevado potencial para revolucionar a medicina regenerativa resultando na evolução das práticas de saúde, melhorando assim os resultados obtidos com os pacientes e a desta forma a qualidade de vida.
Description
Mestrado de dupla diplomação com a UTFPR - Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Keywords
Hydrogels 3D printing Gelatin Alginate Biomaterials