Tissue engineering aims to produce artificial tissue in order to create or repair the damage tissue. It is evident that scaffolds are of extreme importance, because they will be the support of the new tissue. This new tissue is cultivated in vitro in a bioreactor in which is placed the scaffold. In order to control the cell culture process inside of a bioreactor it is essential to know the fluid flow inside and around the scaffold and the respective wall shear stress. These wall shear stress must be adequate to the tissue to be cultivated, i.e., bone, muscle, cartilage and it is known that a proper stimulus is necessary to improve the cell proliferation inside the scaffold. This study consider a novel multifunctional bioreactor with a perfusion system module and it is intended to optimize the fluid flow within the scaffold and the respective wall shear stress on the scaffold.

The in vivo degradation processes by which scaffolds degrade and are replaced by neo-tissue are complex and may be influenced by many factors, including environmental conditions, material properties, porosity and 3D architecture. The present study is focused on the influence of design parameters, filament distance (FD) and lay-down pattern, on the degradation kinetics of Polycaprolactone (PCL) scaffolds obtained via BioExtrusion. Through the variation of design parameters it was possible to obtain two groups of scaffolds with distinct pore geometry and size. The in vitro degradation was performed in simulated body fluid (SBF) and in phosphate buffer solution (PBS) for six months. Our results highlight a more complex degradation pattern of the scaffolds in SBF than in PBS, probably related to a mineral deposition. Significant statistical differences in weight loss values at month 6, allowed us to conclude that degradation kinetics of PCL scaffolds is strongly influenced by the pore size.

Tissue engineering, often referred to as regenerative medicine and reparative medicine, is an interdisciplinary field that necessitates the combined effort of cell biologists, engineers, material scientists, mathematicians, geneticists, and clinicians toward the development of biological substitutes that restore, maintain, or improve tissue function. It has emerged as a rapidly expanding approach to address the organ shortage problem and comprises tissue regeneration and organ substitution. Cells placed on/or within constructs is the most common strategy in tissue engineering. Successful cell seeding depends on fast attachment of cell to scaffolds, high cell survival and uniform cell distribution. The seeding time is strongly dependent on the scaffold material and architecture. Scaffolds provide an initial biochemical substrate for the novel tissue until cells can produce their own extra-cellular matrix (ECM). Thus scaffolds not only define the 3D space for the formation of new tissues, but also serve to provide tissues with appropriate functions. These scaffolds are often critical, both in vivo (within the body) or in vitro (outside the body) mimicking in vivo conditions. Additive fabrication processes represent a new group of non-conventional fabrication techniques recently introduced in the biomedical engineering field. In tissue engineering, additive fabrication processes have been used to produce scaffolds with customised external shape and predefined internal morphology, allowing good control of pore size and pore distribution. This article provides a comprehensive state-of-the-art review of the application of biomanufacturing additive processes in the field of tissue engineering. New and moving trends in biomanufacturing technologies and the concept of direct cell-printing technologies are also discussed.

A regeneração de tecidos e/ou de órgãos é a solução para colmatar a falta de órgãos e tecidos, tanto actualmente como num futuro próximo. Este domínio da medicina tem crescido bastante e tem substituído algumas terapias convencionais. Os seus principais objectivos são restaurar, manter ou melhorar as funções dos tecidos. A Engenharia de Tecidos utiliza um dador para a recolha de tecido que é depois desassociado em células individuais. Estas células podem ser directamente implantadas, ou influenciadas a proliferar para um tecido organizado. Esta última situação pode ocorrer dentro de uma estrutura 3D vascularizada, conhecida como scaffold. Depois da implementação das células, esta estrutura pode ser inserida num bioreactor de perfusão permitindo a proliferação e diferenciação celular antes da implementação. Por forma a optimizar o processo de cultura in vitro, está em curso o desenvolvimento de um bioreactor de perfusão, sendo que uns dos pontos críticos assentam nas entradas e saídas do fluido na câmara de cultura. O presente trabalho tem por objectivo avaliar por meio de métodos numéricos o fluxo do fluido obtido no interior da câmara de cultura por forma a optimizar o processo de proliferação celular.

In the last decades there has been a extraordinary evolution in the area of Dentistry, especially in Implantology. Given the aesthetic and functional requirements of an increasingly demanding society, there is often the need to resort to reconstructive surgeries, which allow the regeneration of bone tissue once lost. Biomaterials, both from human, animal or synthetic origin, have been used as bone replacement for implants. They intend to mimetize the bone physiology, act as a support and potentiate the formation of new tissue, without inducing immune response.The present thesis is included in a wider project intending to fill in bone defects for Dentistry. The main objective has been to evaluate the cytotoxicity of different scaffold formualtions, sterilized with different common techniques. These scaffolds were produced by an additive manufacturing technique, consisting of poly(caprolactone) (PCL) or PCL and hidroxyapatite (HA). They were manufactured not only with different levels of HA (10% or 25%), but also from two different origins: natural and synthetic. Regarding their structural composition, scaffolds are formed by filaments which thickness varies between 300 and 600 m, and with an angle variation between filaments of 0º/90º and 0º/45º. The goal of such scaffolds, with distinct formulations and architectures, steilized by the three most used methods of sterilization in clinics, namely ethlyene oxide, gamma radiation and plasma, was to infer which combination would have the greatest influence on biological performance, correlated with the sterilization process.The different scaffolds were sterilized and evaluated through microbiological assays, to confirm the effectiveness of the sterilization method. The results of these tests confirmed the absence of microbial growth, showing that the results are in compliance with the current rules.When tested in vitro, as support for fibroblast, macrocytic, and their co-culture, an uniform cell distribution throughout the scaffold was observed, indicating an affinity for these structures.In order to comprove the integration process in vivo some of the scaffolds, those obtaining the best and the worst results in vitro, were selected. After 1 month post implantation, the integration process was evaluated, by macro and microscopic observation. Regarding the cicatrization process and inflammatory reaction the results indicate that they proceeded as expected, obtaining a good healing. This suggests a good integration verified by the histological technique.Attempting to obtain stem cells for further differentiation into bone-like producing cells, from young dental pulp and aplical papilla, explant culture assays were performed. However, it was not possible to obtain these results in order to proceed further with cell differentiation. The results of the in vitro tests allowed to refine the selection of the best formulations, promoting the regeneration of bone defects in the oral cavity. It has been shown that sterilization methods are directly correlated with the formulation and duration of the study.

As doenças cardiovasculares são a principal causa de mortalidade a nível global. As complicações causadas por estas doenças obrigam ao recurso a cirurgias de bypass usando, geralmente, um vaso autólogo. Quando isto não é possível, a alternativa passa pelo uso de próteses vasculares heterólogas ou sintéticas. Face às limitações apresentadas por estes materiais, atualmente o trabalho de investigação dirige-se no sentido de desenvolver próteses por técnicas de engenharia de tecidos, ou seja, recorrendo a materiais biodegradáveis. Assim, a engenharia de tecidos propõe soluções para a reparação de vasos sanguíneos utilizando polímeros biodegradáveis como scaffolds. Os scaffolds fornecem o suporte necessário para que as células se fixem, proliferem e mantenham a sua função diferencial, favorecendo, desta forma, a regeneração do tecido. No presente trabalho pretendeu-se desenvolver um scaffold adequado para a regeneração de tecido vascular. Para tal fabricaram-se várias matrizes fibrosas fotoreticuladas, compostos por policaprolactona (PCL) e gelatina modificada com grupos metacrilamida (GelMA). A gelatina foi inicialmente funcionalizada com grupos metacrílicos de forma a possibilitar a sua reticulação química por polimerização radicalar. As matrizes fibrosas foram produzidas por electrospinning, empregando duas variações desta técnica: electrospinnning por blending e electrospinning coaxial. A primeira abordagem permitiu a produção de fibras homogéneas, compostas pela mistura de PCL e GelMA, enquanto que na segunda abordagem produziram-se fibras com uma estrutura “casca”-núcleo (core –shell), com o núcleo da fibra formado por PCL e a camada exterior formada por GelMA. Em ambas as abordagens produziram-se fibras com diferentes proporções dos dois componentes. Após o processo de electrospinning todas as membranas obtidas foram submetidas a um processo de fotoreticulação por irradiação de luz UV, de forma a reticular quimicamente a GelMA presentes nas fibras. As diferentes membranas poliméricas desenvolvidas, foram caracterizadas relativamente às suas propriedades químicas, morfológicas e biológicas.A análise SEM permitiu concluir que as fibras fotoreticuladas produzidas por electrospinning por blending apresentam sinais de degradadação quando a concentração de GelMA é mais elevada. Por sua vez, o processo de fotoreticulação não influencia a morfologia da superfície das fibras coaxiais. A análise de FTIR permitiu identificar a presença dos dois polímeros utilizados nas fibras sintetizadas. O estudo de perda de massa comprovou indiretamente o sucesso do processo de fotoreticulação, revelando que o as membranas fotoreticuladas perdem menos massa que as suas homólogas não retículadas. A determinação dos ângulos de contacto dinâmicos demonstrou que o scaffold de PCL exibia um carácter marcadamente hidrofóbico, contrariamente às membranas compósitas com GelMA que evidenciam um carácter hidrofílico. Relativamente aos estudos de hemocompatibilidade, estes demonstraram que o scaffold composto por PCL apresenta uma menor tendência para formar trombos. Todas as membranas compostas por GelMA são trombogénicas, sendo a formação de trombos mais elevada no caso das fibras coaxiais. A determinação do índice hemolítico sugere que nenhum dos scaffolds produzidos apresenta carácter hemolítico, apresentando um índice hemolítico inferior a 5%. Por fim, os estudos de viabilidade celular demonstram que os fibroblastos dermais, quando em contacto com as membranas sintetizadas, têm a capacidade de proliferar e aderir aos materiais. Face aos resultados apresentados, conclui-se que os scaffolds sintetizados possuem elevado potencial para o uso na regeneração do tecido vascular.

Em Engenharia Tecidual, a fabricação de scaffolds capazes de guiar o crescimento, a organização e a diferenciação de células no processo de formação de novos tecidos apresenta grande relevância. Várias são as técnicas de processamento para a fabricação desta classe de material: réplica de esponjas poliméricas, incorporação de material orgânico ao pó cerâmico, gelcasting, emulsão, entre outras. Na fabricação de scaffolds focados na terapia de tecidos ósseos, os cimentos de fosfato de cálcio (CFC) apresentam grande destaque, pois além de reabsorvíveis, apresentam morfologia e composição química semelhante à fase mineral óssea. Este trabalho tem como objetivo a obtenção de espumas de CFC por meio de duas rotas de processamento, emulsão e gelcasting. As espumas foram caracterizadas quanto suas propriedades físicas e mecânicas e as fases cristalinas formadas após a cura do cimento foram determinadas por difração de raios X. As amostras obtidas por ambos os métodos apresentaram porosidade entre 58-62% e microestrutura constituída de poros aproximadamente esféricos (d50=50-100 µm). A resistência mecânica das amostras variou entre 5,5-1,5 MPa. As fases cristalinas encontradas foram monetita (CaHPO4) e brushita (CaHPO4 2H2O).

Resumo Scaffolds são substratos tridimensionais que permitem a diferenciação, proliferação e crescimento celular. A fim de se atingir propriedades como biocompatibilidade, adequada porosidade e interconectividade, ideais taxas de degradação e propriedades mecânicas, este estudo teve como objetivo a produção de scaffolds de β-fosfato tricálcico (β-TCP) pelo método de freeze casting. Por meio da variação do teor de sólidos da suspensão cerâmica foi possível avaliar sua influência na microestrutura e propriedades físicas e mecânicas dos scaffolds de β-TCP. A porosidade variou entre 85 e 55% para teores de sólidos de 10 e 30 vol%, respectivamente. A morfologia dos poros foi caracterizada por um padrão lamelar, semelhante ao formato dos cristais de gelo. O aumento do teor de sólidos na suspensão cerâmica resultou na redução do número de poros lamelares. Os valores de resistência mecânica à compressão variaram entre 0,10 e 0,71 MPa. Os scaffolds com maior valor de resistência à compressão foram submetidos ao ensaio de degradação, cujos resultados revelaram que a perda de massa dos scaffolds aumentou com tempo de imersão. O maior valor de perda de massa foi de 2,89±0,64% para período de 28 dias. Os scaffolds de β-TCP apresentam grande potencial para uso na engenharia tecidual.