Fabrication of hydroxyapatite microneedles using the LCM-DLP 3D printing technique | Fabricação de microagulhas em hidroxiapatite a partir da técnica de impressão 3D LCM-DLP

Periodontal diseases are chronic inflammatory conditions that affect the supporting tissues of the teeth and can lead to tooth loss if not treated properly, representing a global public health problem with high prevalence rates. Current treatments involve surgical and non-surgical interventions focused on controlling inflammation and removing bacterial biofilm. However, although effective, conventional treatments face challenges in local administration due to the low retention of drugs in the oral cavity because of the action of saliva, which implies the need for multiple applications. Thus, administration systems are needed to solve conventional methods’ limitations, such as microneedles. Microneedles offer advantages such as the ability to penetrate the gingival tissues in a minimally invasive, painless way and provide controlled and precise administration of the drugs directly into the gingival tissues. In addition, microneedles can overcome drug retention problems, improving treatment efficacy and reducing the need for multiple applications. This dissertation proposes an innovative approach based on the fabrication of hydroxyapatite microneedles patches using the LCM-DLP technique, in specific and optimized designs, including conical, anchored, and hollow with a vat container, as an effective solution for the treatment of periodontal diseases. The analyses conducted, namely scanning electron microscopy (SEM), micro-computed tomography (Micro-CT), and mechanical properties tests, were carried out to assess the dimensional and structural quality of the micro-needles. The results demonstrated the viability of this technology in producing conical and anchored ceramic structures. However, the production of hollow micro-needles with internal channels faced challenges. This work confirms the potential of the LCM-DLP technique in the production of solid microneedles for biomedical applications, although further adjustments are required for the efficient production of hollow microneedles.

As doenças periodontais são condições inflamatórias crónicas que afetam os tecidos de suporte dos dentes, podendo levar à perda dentária se não tratadas adequadamente, representando um problema de saúde pública global com altos índices de prevalência. Os tratamentos atuais envolvem intervenções cirúrgicas e não cirúrgicas com foco no controlo da inflamação e remoção do biofilme bacteriano. No entanto, os tratamentos convencionais apesar de eficazes, enfrentam desafios na administração local devido à baixa retenção de fármacos na cavidade oral devido à ação da saliva que, consequentemente, implica a necessidade de múltiplas aplicações. Desta forma, são necessários sistemas de administração que possam solucionar as limitações dos métodos convencionais, como é o caso das microagulhas. As microagulhas oferecem vantagens como a capacidade de penetrar nos tecidos gengivais de forma minimamente invasiva, indolor, proporcionam uma administração controlada e precisa dos fármacos diretamente nos tecidos gengivais. Além disso, as microagulhas podem superar os problemas de retenção de fármacos, melhorando a eficácia do tratamento e reduzindo a necessidade de múltiplas aplicações. Esta dissertação porpõe uma abordagem inovadora baseada na fabricação de patches de microagulhas de hidroxiapatite a partir da técnica LCMDLP, em formatos específicos e otimizados, incluindo o formato cónico, ancorado e ocas com um reservatório, como uma solução eficaz para o tratamento de doenças periodontais. As análises conduzidas, nomeadamente a microscopia eletrónica de varrimento (SEM), a microtomografia computadorizada (Micro-CT) e os testes de propriedades mecânicas, foram realizados para avaliar a qualidade dimensional e estrutural das microagulhas. Os resultados demonstraram a viabilidade desta tecnologia para a produção de estruturas cerâmicas de formato cónico e ancorado. No entanto, a produção de microagulhas ocas com canais internos enfrentou alguns desafios. Este trabalho confirma o potencial da técnica LCM-DLP na produção de microagulhas sólidas para aplicações biomédicas, embora sejam necessários ajustes adicionais para a produção eficiente de microagulhas ocas.

Apoio financeiro do POCTI no âmbito do III Quadro Comunitário de Apoio. Apoio financeiro da FCT e do FSE no âmbito do III Quadro Comunitário de Apoio.

Mestrado em Engenharia Biomédica