A Novel Injectable Piezoelectric Hydrogel for Periodontal Disease Treatment.

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dc.contributor.advisorCorrea Vélez, Santiago Alberto
dc.contributor.authorRoldán Lopera, Lina María
dc.coverage.spatialMedellín de: Lat: 06 15 00 N degrees minutes Lat: 6.2500 decimal degrees Long: 075 36 00 W degrees minutes Long: -75.6000 decimal degreeseng
dc.creator.degreeDoctor in Engineeringspa
dc.creator.emailroldanlinamaria@gmail.comspa
dc.creator.grantorEAFIT, Temple University, Beca Bicentenariospa
dc.date.accessioned2024-01-30T19:24:02Z
dc.date.available2024-01-30T19:24:02Z
dc.date.issued2023
dc.descriptionLa enfermedad periodontal es una condición inflamatoria inducida por bacterias, multifactorial, caracterizada por la destrucción progresiva de los tejidos periodontales. El exitoso tratamiento no quirúrgico de la periodontitis requiere tecnologías multifuncionales que ofrezcan terapias antibacterianas y promoción de la regeneración ósea de manera simultánea. En este estudio, se desarrolló por primera vez un hidrogel piezoeléctrico inyectable (PiezoGEL) después de combinar gelatina metacrilato (GelMA) con cargas piezoeléctricas biocompatibles de titanato de bario (BTO) que generan cargas eléctricas cuando son estimuladas por vibraciones biomecánicas (por ejemplo, masticación, movimientos). Aprovechamos los beneficios de los hidrogeles (inyectables, fotoendurecibles, se adaptan a los espacios de bolsillo, biocompatibles) con los efectos bioactivos de las cargas piezoeléctricas. Una exhaustiva caracterización de biomateriales confirmó la exitosa integración de las cargas piezoeléctricas con el hidrogel, su foto-polimerización, inyectabilidad para uso clínico y generación de cargas eléctricas para habilitar efectos bioactivos (antibacterianos y regeneración de tejido óseo). PiezoGEL mostró reducciones significativas en la biomasa de biopelícula patógena (∼41%), actividad metabólica (∼75%), y el número de células viables (∼2-3 log) en comparación con hidrogeles sin cargas BTO in vitro. El análisis molecular relacionó los efectos antibacterianos con la reducción de la adhesión celular (regulación a la baja de porP y fimA) y el aumento del estrés oxidativo (regulación al alza de oxyR). Además, PiezoGEL aumentó significativamente la viabilidad y diferenciación osteogénica de las células madre de médula ósea (BMSC) al regular al alza RUNX2, COL1A1 y ALP. In vivo, PiezoGEL redujo efectivamente la inflamación periodontal y aumentó la regeneración del tejido óseo en comparación con los grupos de control en un modelo de ratones. Los hallazgos de este estudio sugieren que PiezoGEL es un candidato terapéutico prometedor y novedoso para el tratamiento de la enfermedad periodontal de manera no quirúrgica.spa
dc.description.abstractPeriodontal disease is a multifactorial, bacterially induced inflammatory condition characterized by the progressive destruction of periodontal tissues. The successful nonsurgical treatment of periodontitis requires multifunctional technologies offering antibacterial therapies and promotion of bone regeneration simultaneously. For the first time, in this study, an injectable piezoelectric hydrogel (PiezoGEL) was developed after combining gelatin methacryloyl (GelMA) with biocompatible piezoelectric fillers of barium titanate (BTO) that produce electrical charges when stimulated by biomechanical vibrations (e.g., mastication, movements). We harnessed the benefits of hydrogels (injectable, light curable, conforms to pocket spaces, biocompatible) with the bioactive effects of piezoelectric charges. A thorough biomaterial characterization confirmed piezoelectric fillers' successful integration with the hydrogel, photopolymerizability, injectability for clinical use, and electrical charge generation to enable bioactive effects (antibacterial and bone tissue regeneration). PiezoGEL showed significant reductions in pathogenic biofilm biomass (∼41%), metabolic activity (∼75%), and the number of viable cells (∼2-3 log) compared to hydrogels without BTO fillers in vitro. Molecular analysis related the antibacterial effects to be associated with reduced cell adhesion (downregulation of porP and fimA) and increased oxidative stress (upregulation of oxyR) genes. Moreover, PiezoGEL significantly enhanced bone marrow stem cell (BMSC) viability and osteogenic differentiation by upregulating RUNX2, COL1A1, and ALP. In vivo, PiezoGEL effectively reduced periodontal inflammation and increased bone tissue regeneration compared to control groups in a mice model. Findings from this study suggest PiezoGEL to be a promising and novel therapeutic candidate for the treatment of periodontal disease nonsurgically.spa
dc.formatapplication/pdfeng
dc.identifier.ddc617.632 R744
dc.identifier.issn1944-8252
dc.identifier.urihttps://hdl.handle.net/10784/33236
dc.language.isospaspa
dc.publisherUniversidad EAFIT
dc.publisher.departmentEscuela de Ciencias Aplicadas e Ingenieríaspa
dc.publisher.placeMedellínspa
dc.publisher.programDoctorado en Ingenieríaspa
dc.relation.urihttps://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/37672788/spa
dc.rightsTodos los derechos reservadosspa
dc.rights.accessrightsinfo:eu-repo/semantics/openAccesseng
dc.rights.localAcceso abiertospa
dc.subjectGelMA
dc.subjectAntibacterial
dc.subjectTitanato de bario
dc.subjectRegeneración ósea
dc.subjectCargas eléctricas
dc.subjectHidrogel
dc.subjectMultifuncional
dc.subjectPeriodonto
dc.subjectPiezoeléctrico
dc.subject.keywordBarium titanate
dc.subject.keywordBone regeneration
dc.subject.keywordElectrical charges
dc.subject.keywordHydrogel
dc.subject.keywordMultifunctional
dc.subject.keywordPeriodontal disease
dc.subject.keywordPeriodontium
dc.subject.keywordPiezoelectric
dc.subject.lembENFERMEDADES PERIODONTALES
dc.subject.lembBIOMASA
dc.subject.lembCIRUGÍA DENTAL
dc.titleA Novel Injectable Piezoelectric Hydrogel for Periodontal Disease Treatment.spa
dc.typedoctoralThesiseng
dc.typeinfo:eu-repo/semantics/doctoralThesiseng
dc.type.hasVersionacceptedVersioneng
dc.type.localTesis Doctoralspa
dc.type.spaArtículospa

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