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Type: Dissertação
Title: Um novo biocimento de hidroxiapatita e β-fosfato tricálcico promove a ativação de osteoblastos in vitro e a regeneração óssea de defeitos críticos em calvária in vivo
Title in English: A new hydroxyapatite and β- phosphate tricalcium bone cement promotes osteoblasts’ activation in vitro and bone regeneration of critical-size calvarial defects in vivo
Authors: Silva, Cristiane Maria Pereira da
Advisor: Vale, Mariana Lima
Co-advisor: Lisboa, Mario Roberto Pontes
Keywords in Brazilian Portuguese : Teste de Materiais;Cimento Ósseo;Durapatita;Regeneração Óssea
Issue Date: 2023
Citation: SILVA, Cristiane Maria Pereira da. Um novo biocimento de hidroxiapatita e β-fosfato tricálcico promove a ativação de osteoblastos in vitro e a regeneração óssea de defeitos críticos em calvária in vivo. 2023. 89 f. Dissertação (Mestrado em Farmacologia) – Faculdade de Medicina, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2023. Disponível em: http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/74544. Acesso em: 02 out. 2023.
Abstract in Brazilian Portuguese: O transplante de tecido ósseo ocupa a segunda posição em transplante mais realizado. Dessa forma, o desenvolvimento de enxertos sintéticos é fundamental na busca de substituir e superar as limitações de enxertos autógenos. Entre os enxertos ósseos sintéticos, os biocimentos de fosfato de cálcio se destacam por serem bioativos, moldáveis, osteocondutores, osteoindutores, funcionarem como sistemas drug delivery e endurecerem a temperatura ambiente e corpórea. Portanto, o objetivo desse trabalho foi avaliar o efeito de um novo biocimento (BC) de hidroxiapatita e β-fosfato tricálcico, de endurecimento rápido e baixo custo de produção, na ativação de osteoblastos, com relação a sua biocompatibilidade em tecido subcutâneo e o seu potencial osteocondutor. A atividade de osteoblastos murinos (OFCOL II) foi realizada através da quantificação dos níveis de fosfatase alcalina óssea (FAO) no meio de cultura, após 72 horas de incubação com os grupos: BC contato direto, BC indireto e grupo DMEM (C-). Para as avaliações in vivo, 60 ratos Wistar machos (250-450g) participaram de dois protocolos experimentais. No primeiro protocolo, tubos vazios (C) e preenchidos com BC foram implantados em bolsas subcutânea no dorso de 24 ratos. Após 15, 30 e 60 dias, os animais foram eutanasiados para retirada de tecidos em contato com os implantes e posterior avaliação histopatológica. No segundo protocolo, 2 defeitos críticos foram realizados na calvária de 36 ratos, portanto, cada animal recebeu dois tipos diferentes de tratamento. Os tratamentos foram classificados como: grupo coágulo (COA); grupo osso autógeno (OsA); grupo biocimento (BC) e grupo biocimento/membrana de colágeno bovino (BCM). Nos períodos de 30, 60 e 90 dias, os animais foram eutanasiados para retirada de tecido ósseo que foram avaliados por histologia e histomorfometria, avaliando-se a área de neoformação óssea, quantidade de BC residual e de tecido conjuntivo frouxo (TC). Rim, fígado e baço também foram retirados para análise de parâmetros morfológicos de toxicidade. Os resultados demonstram que níveis de FAO foram maiores em todos os grupos em contato com o BC em comparação ao grupo controle, principalmente, no grupo BC contato direto. A respeito dos resultados de avaliação da biocompatibilidade em tecido subcutâneo, não houve diferenças significativas entre os grupos C e BC quanto a intensidade do infiltrado inflamatório nos três períodos avaliados. Em ambos os grupos, entre 15 e 30 dias, o infiltrado inflamatório variou de intenso para leve. No modelo de defeito crítico em calvária de ratos, os grupos apresentaram diferenças significativas (p<0,05) o seguinte resultado para neoformação óssea: OsA > BCM > BC = COA (30 dias); OsA > BC = BCM > COA (60 dias); OsA = BC = BCM > COA (90 dias). Nos grupos BC e BCM, houve um aumento de 46,31% e 32,86% de neoformação óssea (p<0,05), respectivamente, comparando-se 60 e 90 dias. A quantidade de BC residual também apresentou diferenças (p<0,05): BC = BCM (30 dias); BC > BCM (60 dias); BC = BCM (90 dias). No grupo BC, a quantidade de BC residual diminuiu 17,6% de 60 para 90 dias (p<0,05). Já no grupo BCM, houve uma diminuição de 19% entre 30 e 90 dias (p<0,05). Para formação de TC: COA > BC = BCM > OsA (30 dias); COA > BC = BCM = OsA (60 dias e 90 dias; p<0,05). Por último, nenhuma alteração morfológica de toxicidade foi observada no rim, fígado e baço de animais em tratamento com BC. Em defeitos críticos tratados com BC, a presença da membrana de colágeno bovino não promoveu um aumento da neoformação óssea após 30 dias e nem influenciou em uma menor formação de TC. Esse resultado demonstra a capacidade do BC como barreira física contra invasão de TC. Assim, o BC foi capaz de ativar osteoblastos, in vitro, apresentou biocompatibilidade em tecido subcutâneo, promoveu osteocondução em defeitos críticos e não induziu alterações morfológicas de toxicidade em fígado, rim e baço o que sinaliza seu uso promissor como biomaterial em odontologia e ortopedia.
Abstract: Bone is the second most common tissue transplanted, so the development of synthetic grafts is crucial for replace and overcome limitations associated with autogenous grafts. Among synthetic bone grafts, calcium phosphate bone cements have generated a great deal of interest for the advantages of bioactivity, easy shaping, osteconduction, osteoinduction, drug-delivery and selfsetting at room and body temperature. The aim of this work was to evaluate osteoblasts activation, biocompatibility in subcutaneous tissue and osteoconductive potential of a new biocement (BC) of hydroxyapatite and β-tricalcium phosphate of rapid hardening and low production cost. The activity of murine osteoblasts (OFCOL II) was performed by quantifying the levels of bone alkaline phosphatase (ALK) in the culture medium, after 72 hours of incubation with the groups: direct and indirect contact with the BC and DMEM group (C-). For the in vivo assessments, 60 male Wistar rats (250-350g) participated in two experimental protocols. In the first protocol, empty (C-) and BC-filled tubes were implanted in subcutaneous pockets on the back of 24 rats. After 15, 30 and 60 days, the animals were euthanized for removal of tissues in contact with the implants and subsequent histopathological evaluation. In the second protocol, 2 critical defects were performed in the calvaria of 36 rats, therefore, each animal received two different types of treatment. The treatments were classified as: clot group (COA); autogenous bone group (OsA); biocement group (BC) and biocement/bovine collagen membrane group (BCM). At 30, 60 and 90 days, the animals were euthanized to remove bone tissue that was evaluated by histology and histomorphometry, assessing the area of bone neoformation, amount of residual BC and the formation of loose connective tissue (FCT). Kidney, liver and spleen were also removed for analysis of morphological parameters of toxicity. The results show that FAO levels were higher in all groups in contact with BC compared to the control group, especially in the direct contact group. According to the results for the evaluation of biocompatibility in subcutaneous tissue, there were no significant differences between groups C and BC regarding the intensity of the inflammatory infiltrate in the three periods evaluated. In both groups, between 15 and 30 days, the inflammatory infiltrate went from intense to mild. In the rat calvarial critical defect model, the groups presented the following results for bone neoformation: OsA > BCM > BC = COA (30 days); OsA > BC = BCM > COA (60 days); OsA = BC = BCM > COA (90 days). In the BC and BCM groups, there was a 46.31% and 32.86% increase in bone neoformation, respectively, between 60 and 90 days. For amount of residual BC: BC = BCM (30 days); BC > BCM (60 days); BC = BCM (90 days). In the BC group, the amount of residual BC decreased by 17.6% from 60 to 90 days. In the BCM group, there was a 19% decrease between 30 and 90 days. For TC formation: COA > BC = BCM > OsA (30 days); COA > BC = BCM = OsA (60 days and 9 days); COA > BC = BCM = OsA (90 days); COA > BC = BCM = OsA (60 days and 9 days). For all results, p<0.05 was considered. Finally, no morphological changes of toxicity were observed in the kidney, liver and spleen of animals treated with CB. In conclusion, CB was able to activate osteoblasts in vitro, showed biocompatibility in subcutaneous tissue, promoted osteoconduction in critical defects and did not induce morphological changes in liver, kidney and spleen. In critical defects treated with BC, the presence of the bovine collagen membrane did not promote an increase in bone neoformation after 30 days and did not influence a lower formation of TC. This result demonstrates the ability of BC as a physical barrier against TCF invasion and signals its promising use as a biomaterial in dentistry.
URI: http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/74544
Author's Lattes: http://lattes.cnpq.br/0888793697578623
Advisor's Lattes: http://lattes.cnpq.br/2233181081815735
Co-advisor's Lattes: http://lattes.cnpq.br/6071883434661562
Access Rights: Acesso Embargado
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