Laser de baixa intensidade e scaffold de Biosilicato: efeitos isolados e da associação das duas modalidades terapêuticas no reparo ósseo

Este trabalho teve como objetivo avaliar os efeitos da terapia laser de baixa intensidade (LLLT) (830nm, 120J/cm2, 100mW) e do implante de scaffolds de Biosilicato, associados ou não, nos aspectos histológicos, propriedades biomecânicas do calo ósseo e na imunoexpressão de proteínas, fatores de crescimento e de transcrição relacionados a diferentes etapas do reparo ósseo, ao 15, 30 e 45 dia após a cirurgia de defeitos ósseos induzidos em tíbias de ratos. Cento e vinte ratos machos da linhagem Wistar (3 meses de idade 280 gramas) foram submetidos a defeitos tibiais bilaterais e distribuídos aleatoriamente em 4 grupos experimentais com 30 animais cada. No primeiro estudo investigaram-se os efeitos do implante de scaffolds de Biosilicato em defeitos ósseos de ratos, a partir de dois grupos experimentais: grupo defeito ósseo controle (GC) e grupo defeito ósseo tratado com scaffold de Biosilicato (GB). O implante do scaffold foi realizado em seguida à cirurgia de defeito ósseo. A análise histológica revelou que os animais do GB apresentavam osso neoformado mais organizado ao 30 e 45 dia após a cirurgia. A imunoistoquímica demonstrou que o scaffold de Biosilicato promoveu maior expressão de COX-2 nos dias 15 e 30 de após a cirurgia, imunoexpressão positiva de RUNX-2 em todos os períodos, maior expressão de RANKL no 15 dia e imunoexpressão positiva de BMP-9 no 45 dia. Porém, o scaffold de Biosilicato não aumentou as propriedades mecânicas do calo ósseo. Assim, o implante de scaffold de Biosilicato foi eficaz em estimular o reparo de defeitos tibiais, porém, não foi capaz de melhorar suas propriedades mecânicas. No segundo estudo, foram avaliadas as mudanças temporais-espaciais no processo de reparo ósseo em defeitos tratados com LLLT, a partir de dois grupos experimentais: GC e grupo defeito ósseo tratado com laser (GL). O tratamento com laser iniciou-se imediatamente após a cirurgia dos defeitos ósseos e realizaram-se 8, 15 ou 23 sessões, com um intervalo de 48h entre elas. As análises histológica e morfométrica revelaram que o GL apresentou melhor organização tecidual aos 15 e 30 dias após a cirurgia, e maior área de osso neoformado no 15 dia. A imunoistoquímica mostrou que a LLLT promoveu maior expressão de COX-2 no 15 dia, imunoexpressão positiva de RUNX-2 em todos os períodos avaliados, maior imunoexpressão de BMP-9 no 30 dia e maior imunorreatividade do RANKL no 15 dia. Porém, a LLLT não aumentou as propriedades biomecânicas do calo ósseo. Assim, a LLLT melhorou o processo de consolidação óssea, mas não foi capaz de melhorar suas propriedades biomecânicas. O terceiro estudo investigou os efeitos da associação da LLLT com implantes de scaffolds de Biosilicato na consolidação óssea, a partir de três grupos experimentais: GC, GB e grupo scaffold de Biosilicato irradiado com laser (GBL). O implante do scaffold foi realizado em seguida à cirurgia de defeito ósseo. O tratamento com laser iniciou-se imediatamente após a cirurgia e foram realizadas 8, 15 ou 23 sessões, com um intervalo de 48h entre elas. Ao 15 dia pós-lesão a análise histológica revelou tecido de granulação e osso neoformado justapostos à superfície dos scaffolds no GB e GBL. Trinta dias após a lesão, o GB e GBL apresentavam osso neoformado mais organizado em comparação ao GC. Ao 45 dia, foi possível observar tecido de granulação nos defeitos do GBL. No GB, o pico de imunoexpressão da COX-2 ocorreu no 15 dia e no GBL, no 30 dia. Os GB e GBL apresentaram imunoexpressão positiva da BMP-9 até o 45 dia após a cirurgia, enquanto que para o RANKL, a imunoexpressão foi maior no GBL no 30 dia. No entanto, 30 e 45 dias após a lesão, os animais dos GB e GBL apresentaram valores estatísticamente menores de carga máxima em comparação ao GC. Assim, a associação do scaffold de Biosilicato com o laser exerce atividade osteogênica durante o reparo ósseo, no entanto, o scaffold de Biosilicato associado ou não a irradiação laser não é eficaz em melhorar as propriedades mecânicas do calo ósseo. Finalmente, podemos concluir que a LLLT e o implante de scaffolds de Biosilicato, associados ou não, foram eficazes em estimular a consolidação óssea, melhorando o desenvolvimento de osso neoformado e ativando a imunoexpressão de proteínas, fatores de crescimento e de transcrição relacionados a diferentes etapas do reparo ósseo em defeitos tibiais em ratos. No entanto, estas modalidades terapêuticas, associadas ou não, não foram capazes de melhorar as propriedades mecânicas do calo ósseo em ensaio de flexão na posição de tração.This study aimed to evaluate the effects of low intensity laser therapy (LLLT) (830nm, 120J/cm2, 100mW) and implantation of Biosilicate scaffolds, associated or not, in histological aspects, biomechanical properties of the bone callus and immunoexpression of proteins, growth and transcription factors related to different stages of bone repair, at 15, 30 and 45 days after surgery of bone defects induced in the tibia.of rats. For this, three studies were performed in which a total of one hundred and twenty male Wistar rats (3 months 280 g) were submitted to bilateral tibial defects and randomly distributed in four experimental groups with 30 animals each. In the first study the effects of the implantation of Biosilicate scaffolds in bone defects of rats were investigated in two groups: bone defect group (GC) and bone defect treated with Biosilicate scaffold group (GB). The implantation of the scaffold was performed subsequent to surgery of bone defect. Histological analysis revealed that animals of GB showed newly formed bone better organized at 30 and 45 days after surgery. The immunohistochemical analysis demonstrated that the Biosilicate scaffold promoted a higher expression of COX-2 on days 15 and 30 after surgery, immunostaining positive of RUNX-2 in all periods, increased expression of RANKL on day 15 and positive immunoexpression of BMP-9 on the 45th day. However, the Biosilicate scaffold did not increase the mechanical properties of bone callus. Thus, the implantation of Biosilicate scaffold was effective in stimulating the repair of tibial defects, however, was not able to improve their mechanical properties. In the second study, the spatialtemporal changes in the process of bone healing in defects treated with LLLT were evaluated in two groups: GC and bone defect treated with laser group (GL). The laser treatment started immediately following the surgery of bone defects and have been 8, 15 or 23 sessions with an interval of 48 hours between them. The histological and morphometric analysis revealed that the GL showed better tissue organization at 15 and 30 days after surgery, and biggest area of newly formed bone at day 15. The immunohistochemistry showed that the LLLT promoted higher expression of COX-2 at day 15, immunostaining of RUNX-2 positive in all periods, higher immunoexpression of BMP-9 on day 30 and higher immunoreactivity of RANKL at day 15. However, the LLLT did not increase the biomechanical properties of bone callus. Thus, the LLLT improved the process of bone healing, but was unable to improve its biomechanical properties. In the third study the effects of the association of LLLT with implants of Biosilicate scaffolds in bone healing were investigated in three experimental groups: GC, GB and Biosilicate scaffold irradiated with laser group (GBL). The implantation of the scaffold was performed following the surgery of bone defect. The laser treatment started immediately after surgery and were performed 8, 15 or 23 sessions with an interval of 48 hours between them. At 15 days after surgery, the histological analysis revealed granulation tissue and newly formed bone juxtaposed to the surface of scaffolds in GB and GBL. Thirty days after injury, the GB and GBL had better organized newly formed bone compared to the CG. At day 45 was possible to observe granulation tissue in the defects of the GBL. In the GB, the peak of immunoexpression of COX-2 occurred on the 15th day and in the GBL, on the 30th day. The GB and GBL showed positive immunoexpression of BMP-9 up to 45th day after surgery, while RANKL immunoexpression was higher in the GBL at day 30. However, 30 and 45 days after injury, the animals of GB and GBL showed statistically lower values of maximum load compared to the CG. Thus, the association of the scaffold Biosilicate with laser irradiation has osteogenic activity during the bone repair, however, the scaffold Biosilicate associated or not with the laser irradiation is not effective to improve mechanical properties of the bone callus. Finally, we concluded that LLLT (λ = 830 nm, 120J/cm2) and implantation of Biosilicate scaffolds, associated or not, were effective to stimulate the bone consolidation by improving the development of newly formed bone and activating immunoexpression of proteins, growth and transcription factors related to different stages of bone healing in tibial defects in rats. However, these therapeutic modalities associated or not, were unable to improve mechanical properties of the bone callus