In vivo study of calcium phosphate cement doped the "whiskers" of Wollastonite : a new biomaterial

Orientador: José Angelo CamilliDissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de BiologiaResumo: Os biomateriais podem ser utilizados em diversas áreas da bioengenharia regenerativa, sendo uma opção viável no reparo de lesões ósseas. Atualmente diferentes tipos de biomateriais têm sido estudados, dentre eles as cerâmicas que podem ser classificadas em três tipos: vidros bioativos, vitrocerâmicas e cerâmicas de fosfato de cálcio. As Cerâmicas de Fosfato de Cálcio podem ser subdivididas em Hidroxiapatita e em Cimentos Fosfatos de Cálcio (CFC). Os CFC tem se destacado pela sua fácil manipulação, capacidade de reabsorção e estimulação da osteogênese. No entanto, o CFC tem seu uso restrito como implante, pois possui baixa tenacidade a fratura comparada ao osso natural. Para reforçar o CFC algumas fibras como as de carbono, aramida e carbeto têm sido utilizadas. Outro tipo de reforço são os "whiskers" que compreendem fibras muito curtas. Neste estudo foi utilizado um CFC a base de ?-TCP reforçado com "whiskers" de Wollastonita, uma vitrocerâmica do complexo (CaSiO3), que assim como os vidros bioativos forma uma camada de hidroxiapatita se ligando firmemente aos ossos e tecidos adjacentes. O objetivo deste estudo foi avaliar a biocompatibilidade e o comportamento do CFC acrescido de "whiskers" de Wollastonita in vivo. Para obtenção dos cimentos os pós de ? -TCP com ou sem 10% de "whiskers" de Wollastonita foram adicionados a uma solução aquosa contendo 2,5% em massa de Na2HPO4 (fosfato de sódio bibásico anidro). O biomaterial então se transformou em uma pasta a qual foi moldada no defeito crítico de 5 mm realizado no osso parietal de ratos Wistar. Foram utilizados 30 ratos divididos em dois grupos. O primeiro grupo recebeu o implante de ?-TCP (grupo TCP) e o segundo recebeu implante de ?-TCP acrescido de 10 % de "whiskers" de Wollastonita (grupo TCPW). Cinco animais de cada grupo foram eutanasiados no prazo de 30, 90 e 120 dias. As calvárias foram retiradas e submetidas a processamento histológico com Eosina e Hematoxilina e Tricrômio de Masson. A análise morfométrica foi realizada com auxílio do software NIS-Elements: Advanced Research 3.0 no qual foi possível mensurar a área de osso neoformada nos diferentes períodos de tempo. Os resultados expressaram uma média de área de osso neoformado no grupo TCP de (2, 25%), (2,80%) e (2,93%) após 30, 90 e 120 dias após a implantação respectivamente. No grupo TCPW a área de osso neoformado foi de 4,53% aos 30 dias, 5, 08% aos 90 dias e 3,76% aos 120 dias. Para avaliação macroscópica da resposta do tecido á presença do biomaterial as calvárias de 120 dias foram submetidas ao processo de maceração com Peróxido de Hidrogênio. Concluí se que o ?-TCP acrescido de 10% de "whiskers" de Wollastonita é uma alternativa viável para engenharia tecidual óssea, pois se mostrou biocompatível e capaz de estimular a neoformação ósseaAbstract: Biomaterials can be used in various areas of regenerative bioengineering, being a viable option in the repair of bone lesions. Currently different kinds of biomaterials have been studied, including ceramics that can be classified into three types: bioactive glasses, glass ceramics and ceramics of calcium phosphate. The calcium phosphate ceramics can be subdivided into Hydroxyapatite and Calcium Phosphate Cement (CFC). The CFC has been highlighted for its easy handling capacity of resorption and stimulation of osteogenesis. However, CFCs have restricted its use as an implant because it has low fracture toughness compared to natural bone. To reinforce CFCs carbon fibers, aramid and carbide have been used. Another type of reinforcement are the "whiskers" that comprise very short fibers. In this study we used a CFC-based ?-TCP reinforced with "whiskers" of Wollastonite, a ceramic complex (CaSiO3), so as bioactive glasses form a layer of hydroxyapatite firmly linking the bones and surrounding tissues. The aim of this study was to evaluate the biocompatibility and the behavior of CFC doped "whiskers" of Wollastonite in vivo. To obtain the cement powder of ?-TCP with or without 10% "whiskers" of Wollastonite was added to an aqueous solution containing 2.5 wt% Na2HPO4 (bibasic sodium phosphate anhydrous). The biomaterial is then transformed into a paste which was shaped in the critical defect of 5 mm held in Wistar rat parietal bone. Were used 30 rats divided into two groups. The first group received implantation of ?-TCP (TCP group) and the second received implantation of ?-TCP doped 10% of "whiskers" of Wollastonite (TCPW group). Five animals from each group were euthanised within 30, 90 and 120 days. The calvaria were removed and sent for histological analysis with hematoxylin and eosin and Masson Trichrome. The morphometric analysis was performed using NIS-Elements software: Advanced Research 3.0 in which it was possible to measure the area of newly formed bone in the different periods of time. The results expressed an average area of newly formed bone in the TCP group (2.25%), (2.80%) and (2.93%) after 30, 90 and 120 days after implantation, respectively. TCPW group in the area of new bone formation was 4.53% at day 30, 5.08% at 90 days and 3.76% at 120 days. For macroscopic evaluation of the tissue response to the presence of the biomaterial calvarial 120 days were subjected to maceration process with Hydrogen Peroxide. Concluded that the ?TCP doped 10% of "whiskers" of Wollastonite is a viable alternative for bone tissue engineering because it showed biocompatible and capable of stimulating bone formationMestradoAnatomiaMestra em Biologia Celular e Estrutura