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Poultry by-products as source of collagen, nanokeratin and bioapatite for biomedical use

Por: Tipo de material: ArtigoArtigoAssunto(s): Recursos online: Em: Revista Ciência Agronômica (Brazil) v. 52(4) p. 1-11; (2021)Sumário: ABSTRACT - Xenogeneic sources are attractive for the development of natural and sustainable biomaterials. The objective of this study was to extract and perform the physicochemical and biological characterization of poultry collagen (G1), nanokeratin (G2) and bioapatite (G3). The test materials were analyzed through SEM, FTIR, TGA, EDS and DRX. The in vivo biocompatibility and biodegradation of the materials were analyzed histopathologically in mice at 1, 3 and 9 weeks post-subcutaneous grafting compared to positive (collagen or commercial bone) and negative (no graft) controls. The obtained data was submitted to intergroup statistical analysis using the ANOVA method with the Tukey-Kramer post-hoc test, and differences were considered signifi cant for p < 0.05. G1 had an irregular fi lamentous microstructure typical of type I collagen, a band spectrum of amide A, I, II and III, common to proteins and compatible with triple helix maintenance, and mass loss after 40.5 °C. G2 had blades of various sizes with rough surface, with bands of amide I, II and reduced amide A and mass loss after 50 °C. G3 presented as white powder, free of organic matter, Ca/P ratio of 1.54, bands of type A and B carbonate substitution, high crystallinity and mass loss after 150 °C. All groups exhibited biocompatibility, with a non-irritating pattern in G1 and slight irritation in G2 and G3, while biodegradation was complete in G1 and G2 and partial in G3. The observed biomimicry, biocompatibility and biodegradation suggest the potential of poultry collagen and nanokeratin as hemostatic agents and bioapatite for bone grafting, requiring future orthotopic effi cacy studies. Key words: Keratins. Durapatite. Materials testing. Biocompatible materials. Sumário: RESUMO - Fontes xenógenas são atrativas para o desenvolvimento de biomateriais naturais e sustentáveis. Este estudo objetivou a extração e a caracterização físico-química e biológica de colágeno (G1), nanoqueratina (G2) e bioapatita (G3) avícolas. Os materiaisteste foram analisados por MEV, FTIR, TGA, EDS e DRX. Biocompatibilidade e biodegradação in vivo dos materiais foram analisadas histopatologicamente em camundongos em 1, 3 e 9 semanas pós-enxertia subcutânea em comparação aos controles positivos (colágeno ou osso comercial) e negativo (sem enxerto). Os dados obtidos foram submetidos à análise estatística intergrupos pelo método de ANOVA com pós-teste de Tukey-Kramer, sendo consideradas diferenças signifi cativas se p < 0,05. G1 apresentou microestrutura fi lamentosa irregular típica do colágeno tipo I, espectro de bandas de amidas A, I, II e III comuns a proteínas e compatíveis com manutenção da tripla hélice e perda de massa a partir de 40,5 °C. G2 apresentou lâminas de diversos tamanhos com superfície rugosa, com bandas de amida I, II e reduzida amida A e perda de massa a partir de 50 °C. G3 apresentou pó branco, livres de matéria orgânica, relação Ca/P de 1,54, bandas de substituição por carbonato tipo A e B, alta cristalinidade e perda de massa a partir de 150 °C. Todos os grupos exibiram biocompatibilidade, com padrão não irritante em G1 e pouco irritante em G2 e G3, enquanto a biodegradação foi total em G1 e G2 e parcial em G3. Biomimetismo, biocompatibilidade e biodegradação observados indicam potencial de colágeno e nanoqueratina avícolas para agentes hemostáticos e de bioapatita para enxerto ósseo, sendo necessários futuros estudos ortotópicos de eficácia. Palavras-chave: Queratinas. Durapatita. Teste de materiais. Materiais biocompatíveis.
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Periódicos Periódicos Biblioteca Nacional de Agricultura - Binagri Periódicos agrícolas 2021 52(1-4) Consulta local 2023-436724

Publicação online; 23 ref.; 5 illus.; 3 tables; Summaries (En, Pt)



ABSTRACT - Xenogeneic sources are attractive for the development of natural and sustainable biomaterials. The objective of this study
was to extract and perform the physicochemical and biological characterization of poultry collagen (G1), nanokeratin (G2) and bioapatite
(G3). The test materials were analyzed through SEM, FTIR, TGA, EDS and DRX. The in vivo biocompatibility and biodegradation of
the materials were analyzed histopathologically in mice at 1, 3 and 9 weeks post-subcutaneous grafting compared to positive (collagen or
commercial bone) and negative (no graft) controls. The obtained data was submitted to intergroup statistical analysis using the ANOVA
method with the Tukey-Kramer post-hoc test, and differences were considered signifi cant for p < 0.05. G1 had an irregular fi lamentous
microstructure typical of type I collagen, a band spectrum of amide A, I, II and III, common to proteins and compatible with triple helix
maintenance, and mass loss after 40.5 °C. G2 had blades of various sizes with rough surface, with bands of amide I, II and reduced amide
A and mass loss after 50 °C. G3 presented as white powder, free of organic matter, Ca/P ratio of 1.54, bands of type A and B carbonate
substitution, high crystallinity and mass loss after 150 °C. All groups exhibited biocompatibility, with a non-irritating pattern in G1 and slight
irritation in G2 and G3, while biodegradation was complete in G1 and G2 and partial in G3. The observed biomimicry, biocompatibility and
biodegradation suggest the potential of poultry collagen and nanokeratin as hemostatic agents and bioapatite for bone grafting, requiring
future orthotopic effi cacy studies.


Key words: Keratins. Durapatite. Materials testing. Biocompatible materials.



RESUMO - Fontes xenógenas são atrativas para o desenvolvimento de biomateriais naturais e sustentáveis. Este estudo objetivou a
extração e a caracterização físico-química e biológica de colágeno (G1), nanoqueratina (G2) e bioapatita (G3) avícolas. Os materiaisteste foram
analisados por MEV, FTIR, TGA, EDS e DRX. Biocompatibilidade e biodegradação in vivo dos materiais foram analisadas
histopatologicamente em camundongos em 1, 3 e 9 semanas pós-enxertia subcutânea em comparação aos controles positivos (colágeno ou
osso comercial) e negativo (sem enxerto). Os dados obtidos foram submetidos à análise estatística intergrupos pelo método de ANOVA com
pós-teste de Tukey-Kramer, sendo consideradas diferenças signifi cativas se p < 0,05. G1 apresentou microestrutura fi lamentosa irregular
típica do colágeno tipo I, espectro de bandas de amidas A, I, II e III comuns a proteínas e compatíveis com manutenção da tripla hélice
e perda de massa a partir de 40,5 °C. G2 apresentou lâminas de diversos tamanhos com superfície rugosa, com bandas de
amida I, II e reduzida amida A e perda de massa a partir de 50 °C. G3 apresentou pó branco, livres de matéria orgânica,
relação Ca/P de 1,54, bandas de substituição por carbonato tipo A e B, alta cristalinidade e perda de massa a partir de 150 °C. Todos os
grupos exibiram biocompatibilidade, com padrão não irritante em G1 e pouco irritante em G2 e G3, enquanto a biodegradação foi total em
G1 e G2 e parcial em G3. Biomimetismo, biocompatibilidade e biodegradação observados indicam potencial de colágeno e nanoqueratina
avícolas para agentes hemostáticos e de bioapatita para enxerto ósseo, sendo necessários futuros estudos ortotópicos de eficácia.

Palavras-chave: Queratinas. Durapatita. Teste de materiais. Materiais biocompatíveis.

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