Scaffolds produced by rapid prototyping (RP) techniques have proved their value for tissue engineering applications, due to their ability to produce predetermined forms and structures featuring fully interconnected pore architectures. Nevertheless, low cell seeding efficiency and non-uniform distribution of cells remain major limitations when using such types of scaffold. This can be mainly attributed to the inadequate pore architecture of scaffolds produced by RP and the limited efficiency of cell seeding techniques normally adopted. In this study we aimed at producing scaffolds with pore size gradients to enhance cell seeding efficiency and control the spatial organization of cells within the scaffold. Scaffolds based on blends of starch with poly(ε-caprolactone) featuring both homogeneously spaced pores (based on pore sizes of 0.75 and 0.1 mm) and pore size gradients (based on pore sizes of 0.1–0.75–0.1 and 0.75–0.1–0.75 mm) were designed and produced by three-dimensional plotting. The mechanical performance of the scaffolds was characterized using dynamic mechanical analysis (DMA) and conventional compression testing under wet conditions and subsequently characterized using scanning electron microscopy and micro-computed tomography. Osteoblast-like cells were seeded onto such scaffolds to investigate cell seeding efficiency and the ability to control the zonal distribution of cells upon seeding. Scaffolds featuring continuous pore size gradients were originally produced. These scaffolds were shown to have intermediate mechanical and morphological properties compared with homogenous pore size scaffolds. The pore size gradient scaffolds improved seeding efficiency from ∼35% in homogeneous scaffolds to ∼70% under static culture conditions. Fluorescence images of cross-sections of the scaffolds revealed that scaffolds with pore size gradients induce a more homogeneous distribution of cells within the scaffold.

The present review paper examines the use of different types of polymeric matrix composites in hard tissue replacement applications. The review presents the actual state of the art in the fields of bioinert composites for permanent applications, biodegradable matrix composites for temporary applications and the emerging area of injectable composites. In all cases some recent developments are also discussed. The paper starts with an introduction to locate the reader. Bone–analogue composites are then extensively discussed. Several other systems based on an inert polymeric matrix are described, focusing on their proposed applications. A great emphasis is afterwards given to biodegradable matrix systems. The most widely used synthetic bioresorbable systems are analysed and compared with an example of natural origin degradable composites–starch based composites. Finally, composite systems that are non-processable by melt based routes and in many cases injectable are discussed in detail, including several recent developments on this emerging area of research.

Abstract Gellan gum is a polysaccharide manufactured by microbial fermentation of the Sphingomonas paucimobilis microorganism, being commonly used in the food and pharmaceutical industry. It can be dissolved in water, and when heated and mixed with mono or divalent cations, forms a gel upon lowering the temperature under mild conditions. In this work, gellan gum hydrogels were analyzed as cells supports in the context of cartilage regeneration. Gellan gum hydrogel discs were characterized in terms of mechanical and structural properties. Transmissionelectron microscopy revealed a quite homogeneous chain arrangement within the hydrogels matrix, and dynamic mechanical analysis allowed to characterize the hydrogels discs viscoelastic properties upon compression solicitation, being the compressive storage and loss modulus of ∼40 kPa and 3 kPa, respectively, at a frequency of 1 Hz. Rheological measurements determined the sol‐gel transition started to occur at approximately 36°C, exhibiting a gelation time of ∼11 s. Evaluation of the gellan gum hydrogels biological performance was performed using a standard MTS cytotoxicity test, which showed that the leachables released are not deleterious to the cells and hence were noncytotoxic. Gellan gum hydrogels were afterwards used to encapsulate human nasal chondrocytes (1 × 10 6 cells/mL) and culture them for total periods of 2 weeks. Cells viability was confirmed using confocal calcein AM staining. Histological observations revealed normal chondrocytes morphology and the obtained data supports the claim that this new biomaterial has the potential to serve as a cell support in the field of cartilage regeneration. © 2009 Wiley Periodicals, Inc. J Biomed Mater Res 2010

Spinal cord injury (SCI) represents a significant health and social problem, and therefore it is vital to develop novel strategies that can specifically target it. In this context, the objective of the present work was to develop a new range of three-dimensional (3D) tubular structures aimed at inducing the regeneration within SCI sites. Up to six different 3D tubular structures were initially developed by rapid prototyping: 3D bioplotting–based on a biodegradable blend of starch. These structures were then further complemented by injecting Gellan Gum, a polysaccharide-based hydrogel, in the central area of structures. The mechanical properties of these structures were assessed using dynamic mechanical analysis, under both dry and wet conditions, and their morphologies/porosities were analyzed using micro-computed tomography and scanning electron microscopy. Biological evaluation was carried out to determine their cytotoxicity, using both minimum essential medium (MEM) extraction and MTS tests, as well as by encapsulation of an oligodendrocyte-like cell (M03-13 cell line) within the hydrogel phase. The histomorphometric analysis showed a fully interconnected network of pores with porosity ranging from 70% to 85%. Scaffolds presented compressive modulus ranging from 17.4 to 62.0 MPa and 4.42 to 27.4 MPa under dry and wet conditions, respectively. Cytotoxicity assays revealed that the hybrid starch/poly-ɛ-caprolactone/Gellan Gum scaffolds were noncytotoxic, as they did not cause major alterations on cell morphology, proliferation, and metabolic viability. Moreover, preliminary cell encapsulation assays showed that the hybrid scaffolds could support the in vitro culture of oligodendrocyte-like cells. Finally, preliminary in vivo studies conducted in a hemisection rat SCI model revealed that the above-referred structures were well integrated within the injury and did not trigger chronic inflammatory processes. The results herein presented indicate that these 3D systems might be of use in future SCI regeneration approaches.

Abstract Spinal cord injury (SCI) represents a major world health problem. Therefore it is urgent to develop novel strategies that can specifically target it. We have previously shown that the implantation of starch‐based scaffolds (SPCL) aimed for spine stabilization on SCI animals leads to motor skills improvements. Therefore, we hypothesize that the combination of these scaffolds with relevant cell populations for SCI repair will, most likely, lead to further improvements. Therefore, in this work, the ability of SPCL scaffolds to support the 3D culture of olfactory ensheathing cells (OECs) and Schwann cells (SCs) was studied and characterized. The results demonstrate for the first time that SPCL scaffolds were able to support the growth and migration of OECs and SCs. Moreover, the results indicate that two weeks of in vitro culture is the ideal time to reach a high number of transplantable cells. Future work will focus on the spine stabilization of SCI animals using SPCL scaffolds loaded with OECs or SCs for SCI regeneration. © 2011 Wiley Periodicals, Inc. J Biomed Mater Res Part A, 2012.

Spine stabilization upon spinal cord injury (SCI) is a standard procedure in clinical practice, but rarely employed in experimental models. Moreover, the application of biodegradable biomaterials for this would come as an advantage as it would eliminate the presence of a nondegradable prosthesis within the vertebral bone. Therefore, in the present work, we propose the use of a new biodegradable device specifically developed for spine stabilization in a rat model of SCI. A 3D scaffold based on a blend of starch with polycaprolactone was implanted, replacing delaminated vertebra, in male Wistar rats with a T8-T9 spinal hemisection. The impact of spinal stabilization on the locomotor behavior was then evaluated for a period of 12 weeks. Locomotor evaluation—assessed by Basso, Beatie, and Bresnahan test; rotarod; and open field analysis—revealed that injured rats subjected to spine stabilization significantly improved their motor performance, including higher coordination and rearing activity when compared with SCI rats without stabilization. Histological analysis further revealed that the presence of the scaffolds not only stabilized the area, but also simultaneously prevented the infiltration of the injury site by connective tissue. Overall, these results reveal that SCI stabilization using a biodegradable scaffold at the vertebral bone level leads to an improvement of the motor deficits and is a relevant element for the successful treatment of SCI.

Vascular disruption following SCI decisively contributes to the poor functional recovery prognosis facing patients with the condition. Using a previously developed gellan gum hydrogel to which the adhesion motif GRGDS was grafted (GG-GRGDS), this work aimed to understand the ability of ASCs to impact vascular organization of HUVECs and how this in turn affects neurite outgrowth of dorsal root ganglia (DRG) explants. Our data shows that culturing these cells together lead to a synergistic effect as showed by increased stimulation of neuritogenesis on DRG. Importantly, HUVECs were only able to assemble into vascular-like structures when cultured in the presence of ASCs, which shows the capacity of these cells in reorganizing the vascular milieu. Analysis of selected neuroregulatory molecules showed that the co-culture upregulated the secretion of several neurotrophic factors. On the other hand, ASCs and ASCs+HUVECs presented a similar profile regarding the presence of angiotrophic molecules herein analyzed. Finally, the implantation of GG-GRGDS hydrogels encapsulating ASCs in the chick chorioallantoic membrane (CAM) lead to increases in vascular recruitment towards the hydrogels in comparison to GG-GRGDS alone. This indicates that the combination of ASCs with GG-GRGDS hydrogels could promote re-vascularization in trauma-related injuries in the CNS and thus control disease progression and induce functional recovery.

Hierarchical structures, constituted by polymeric nano and microfibers, have been considered promising scaffolds for tissue engineering strategies, mainly because they mimic, in some way, the complexity and nanoscale detail observed in real organs. The chondrogenic potential of these scaffolds has been previously demonstrated, but their osteogenic potential is not yet corroborated. In order to assess if a hierarchical structure, with nanoscale details incorporated, is an improved scaffold for bone tissue regeneration, we evaluate cell adhesion, proliferation, and osteogenic differentiation of human Wharton's jelly derived stem cells (hWJSCs), seeded into hierarchical fibrous scaffolds. Biological data corroborates that hierarchical fibrous scaffolds show an enhanced cell entrapment when compared to rapid prototyped scaffolds without nanofibers. Furthermore, upregulation of bone specific genes and calcium phosphate deposition confirms the successful osteogenic differentiation of hWJSCs on these scaffolds. These results support our hypothesis that a scaffold with hierarchical structure, in conjugation with hWJSCs, represents a possible feasible strategy for bone tissue engineering applications.

O uso da inteligência artificial (IA) na medicina tem crescido substancialmente, impactando áreas como diagnóstico por imagem, previsão de tratamento e análise de prontuários eletrônicos. Esta revisão bibliográfica teve como objetivo explorar o uso da IA no diagnóstico e tratamento de doenças, destacando metodologias e aplicações em diferentes áreas da saúde. Foram analisados 57 artigos sobre a integração de IA em oncologia, cardiologia e medicina de emergência. A IA tem sido amplamente aplicada em sistemas de apoio à decisão clínica, como redes bayesianas dinâmicas para prever a evolução de doenças e resultados de tratamentos. A revisão revelou benefícios, como maior precisão diagnóstica e eficiência, porém desafios relacionados à transparência e confiança nos modelos de IA ainda persistem. Muitos estudos empregaram aprendizado de máquina e deep learning, integrando dados longitudinais de prontuários. Conclui-se que a IA tem o potencial de transformar a prática médica, mas requer validação e supervisão rigorosas.