Evaluation of osteogenesis in bone defects using bone tissue engineered: a comparison among autogenous bone, bone substitute and mesenchymal stem cells

O tecido ósseo possui potencial regenerativo e capacidade em restaurar completamente sua estrutura e função original. Há situações em que o organismo não consegue por si só, a reparação desejada dos defeitos ósseos. Vários métodos são propostos para a reparação de defeitos ósseos, entre eles, o uso de diferentes tipos de enxertos os quais demonstram capacidade em promover a formação óssea. Por muitos anos o osso autógeno foi considerado a referência padrão como enxerto ósseo, devido as suas vantagens biológicas e potencial osteogênico. Entretanto, por este material apresentar limitações, estimulou-se a pesquisa para um substituto ósseo ideal para o enxerto ósseo autogênico. O advento de um novo biomaterial xenogênico, como o osso bovino, que se comporta como promotor de reparação e é portador de fatores de indução óssea parece representar o futuro da reconstrução de defeitos ósseos. Mas pelo pequeno potencial de regeneração óssea produzida pelos enxertos alógenos e xenógenos, os pesquisadores tem utilizado a bioengenharia tecidual óssea para reconstrução de defeitos ósseos. Diante destas informações, este estudo teve como objetivo quantificar histomorfometricamente a reparação óssea após o enxerto de uma associação de osso autógeno e/ou osso bovino composto (Gen-Mix) associados a células- tronco mesenquimais em defeitos ósseos produzidos pela extração dental de ratos. 108 ratos foram separados em 6 grupos : Controle (c) - o defeito ósseo foi preenchido só por sangue; Osso autógeno (oa) - o defeito ósseo foi preenchido por sangue e osso autógeno; Gen-Mix (G-mix) o defeito ósseo foi preenchido por osso bovino composto (osso medular e cortical), liofilizado, desproteinizado, desmineralizado com aglutinante de colágeno bovino, na forma de grânulos de 0,25 a 1.0 mm (Gen-Mix, Baumer, Mogi Mirim, SP, Brasil); Célula-tronco (ctr)o defeito ósseo foi preenchido por sangue e células- tronco obtidas da medula óssea;Osso autógeno + células-tronco(oa+ctr)- o defeito foi preenchido pela associação destes dois compostos; Gen-Mix + células-tronco (G-mix+ctr)- o defeito foi preenchido pela associação dos dois produtos. Os animais foram sacrificados nos períodos de 7, 21 e 42 dias pós-cirurgia (n=6 por grupo) e as amostras teciduais foram processadas para a obtenção de secções finas (5 µ) e coradas com HE. Através de um sistema de análise de imagens se estimou a fração de volume do osso trabecular (%) nas vizinhanças do enxerto no interior do alvéolo. Os resultados histológicos mostraram que os materiais enxertados apresentaram uma osteointegração progressiva e sem reação de corpo estranho. A histometria revelou que o grupo enxertado com G-mix sozinho ou associado as célula- tronco produziu menor formação de osso, ao passo que, o osso autógeno sozinho ou associado ás células-tronco foi superior em volume de tecido ósseo em relação aos demais grupos. Conclui-se que o osso autógeno e o Gen-mix isoladamente ou associados ás célula- tronco foram biologicamente compatíveis desenvolvendo osteointegração progressiva e que o osso autógeno foi superior no processo de reparação do defeito ósseo. Estes resultados ainda sugerem que a associação das células-tronco aos enxertos ósseos acelerou a neoformação óssea, principalmente quando associadas ao osso autógeno.Bone tissue has a regenerative potential as well as a capacity to fully restore its original structure and function. There are situations in which the body cannot repair in a proper way bone defects by itself. Several methods are proposed for repairing bone defects, among them there is the use of different types of grafts that demonstrates the capacity to promote bone formation. For many years, autogenous bone was considered the standard reference as bone grafts, due to its biological advantages and osteogenic potential. However, due to these material limitations, an ideal bone substitute research was encouraged for an autogenous bone graft. The advent of new xenogenic biomaterials, such as bovine bone, that behaves as a repair promoter and also has an induction bone factors, seems to represent the future reconstruction of bone defects. Researchers have used the bioengineered bone tissue for reconstruction of bone defects, due to the short potential produced by xenogeneic and allogenic grafts for bone regeneration. As the previous information show, this study aimed to quantify the histomorphometric bone healing after grafting a combination of autogenous bone and / or bovine bone composite (Gen-Mix) associated with mesenchymal stem cells in bone defects produced by tooth extraction in rats. 108 rats were divided into 6 groups: control (c) - the bone defect was filled only by blood, autogenous bone (oa) - the bone defect was filled with blood and autogenous bone graft; Gen-Mix (G-mix) bone defect were filled by bovine bone composite (marrow and cortical bone), lyophilized, deproteinized, demineralized with bovine collagen binder, in form of 0.25 to 1.0 mm granules (Gen-Mix, Baumer, Mogi Mirim, SP, Brazil); stem cells (ctr), the bone defect was filled with blood and stem cells obtained from bone marrow, autogenous bone + stem cells (oa + ctr) - the defect was filled by the association of these two compounds; Gen-Mix + stem cells ( G-mix + ctr) - the defect was filled by the association of both products. The animals were sacrificed at 7, 21 and 42 days post-surgery (n = 6 per group) and tissue samples were processed to obtain thin sections (5 µ) and stained with HE. The fraction of trabecular bone volume (%) in the vicinity of the graft inside the alveoli was estimated through an image analysis system. Histological findings showed that the grafted material has a progressive osseointegration and no foreign body reaction. The histometric analysis revealed that the group grafted with G-mix alone or associated with stem cells produced less bone formation, while the autogenous bone alone or associated with stem cells was higher in volume of bone tissue in relation to other groups. We conclude that autogenous bone and Gen-mix alone or associated with stem cells are biologically compatible developing progressive osseointegration and the autogenous bone graft was superior in the bone defect repair process. These results also suggested that the association of stem cells to bone grafts accelerated the bone formation, especially when combined with autogenous bone