Experimental study of implants derived from castor oil polyurethane resin (Ricinus communis) placed in the medullary canal of rabbit tibiae: analysis of bone/implant interface

O objetivo deste estudo foi a análise da interface entre o implante derivado do polímero da mamona (Ricinus communis) com o canal medular ósseo, por meio dos estudos de diagnósticos por imagem (radiografias simples e tomografias computadorizadas) e análise histológica (microscópica de luz). Foram selecionados 44 coelhos machos, Oryctolagus cuniculus, da linhagem Nova Zelândia, albinos, divididos em dois grupos, sendo o grupo 1, composto por 12 animais controle, cujas fresagens do canal medular foram produzidas bilateralmente nas tíbias e não preenchidas, o grupo 2, com 30 animais, cujos canais medulares da tíbia, após fresagem, foram preenchidos bilateralmente com os cilindros derivados da poliuretana da mamona. Os 30 animais foram divididos aleatoriamente em 3 subgrupos experimentais (G2a, G2b e G2c) de 10 animais, conforme as datas de eutanásia pré-determinadas em 90, 120, 150 dias após o ato operatório. O mesmo foi feito no grupo controle, com mesma data de eutanásia, sendo realizadas em 3 grupos de 4 animais. Um animal não foi submetido ao procedimento de fresagem, sendo utilizado para controle histológico e outro foi morto após o implante do polímero, sendo utilizado para controle do estudo com tomografia computadorizada. Decorridos os períodos experimentais, os animais foram mortos, as peças removidas e submetidas ao processamento histológico. A análise histológica foi realizada subjetivamente em microscópio óptico, observando-se a presença ou não de um processo inflamatório, tipo e grau do mesmo quando presente, de uma cápsula fibrosa envolvendo o material implantado e da seqüência biológica envolvida no reparo do tecido ósseo. No grupo experimental, aos 90 dias, a interface com o polímero apresentava espessa camada de tecido ósseo neoformado rico em osteócitos. Este tecido encontrava-se em processo de amadurecimento. No período de 120 dias, a superfície interna do osso neoformado encontrava-se em franco processo de amadurecimento, com poucos osteócitos no interior da matriz e a organização das fibras colágenas em lamelas concêntricas. Aos 150 dias, havia uma diminuição de osteócitos, com formação tecido ósseo bem organizado. No grupo controle, a superfície interna junto ao canal medular apresentava-se revestida por osteoblastos, seguida de faixa de tecido ósseo, com poucas lacunas preenchidas por osteócitos. O amadurecimento do tecido da superfície interna medular acontece na região interior, sendo o osso alamelar, constituído por fibras colágenas menos amadurecidas que o osso lamelar. A avaliação por radiografias simples não demonstrou ser um método eficaz para identificar a interação do polímero e o tecido ósseo. Nos grupos de animais mortos após 90, 120 e 150 dias, as imagens tomográficas demonstraram não haver espaço entre a superfície do material e do osso na interface implante/medula óssea. A densidade dos tecidos medida junto a esta interface foi igual à densidade das demais porções da medula óssea. A análise histológica demonstrou que o polímero é biocompatível, osteoindutor e osteocondutor. A análise radiográfica permitiu documentar a posição intramedular do polímero e as imagens tomográficas demonstraram limites mal definidos entre o implante e o canal medular, evidenciando, assim, a boa interação entre ambos.The purpose of this study was to analyze the interface between the implant derived from castor oil polymer (Ricinus communis) and the bone medullary canal by diagnostic imaging (conventional radiography and computed tomography) and histological analysis (optical microscopy). For such purpose, 44 rabbits (Oryctolagus cuniculus, New Zealand, albinus) were selected and assigned to two groups. In group 1, composed of 12 animals (control), reamings of the medullary canal were produced bilaterally in the tibiae of the rabbits and were not filled. In group 2, composed of 30 animals, the medullary canals of the tibiae, after reaming, were filled bilaterally and implanted with cylinders derived from castor oil polyurethane. The 30 animals were randomly divided into 3 experimental subgroups (G2a, G2b and G2c), according to the periods of predetermined euthanasia, i.e., 90, 120 and 150 days postoperatively. The same protocol was carried out for the control group, with the same euthanasia dates (3 groups of 4 animals each). One animal was not submitted to the reaming process and served as a histological control; another animal was sacrificed after placement of the polymer implant and served as a control for computed tomography imaging. Euthanasia was performed at the established experimental periods and the pieces were removed and submitted to standard histological processing. The histological analysis was carried out subjectively in optical microscopy and the following events were assessed: presence or not of inflammatory process, type and severity of the inflammatory process (if present), presence of a fibrous capsule surrounding the implanted material and the biological sequence involved in bone tissue healing. In the experimental group, at 90 days, the interface with the polymer presented a thick layer of neoformed bone tissue rich in osteocytes. This tissue was in an ongoing maturating process. In the 120-day period, the internal surface of the neoformed bone was in frank maturating process, with few osteocytes within the matrix and collagen fibers organized in concentric lamellas. At 150 days, there was a decrease in the number of osteocytes, with the formation of a well-organized bone tissue. In the control group, the internal surface close to the medullary canal was lined with osteoblasts, followed by a bone tissue zone with few lacunae filled with osteocytes. The maturation of the tissue of the medullary internal surface occurs in the inner region, the bone being alamellar, i.e., constituted of collagen fibers less maturated than the lamellar bone. The evaluation by conventional radiography demonstrated not to be an effective method to identify the interaction between the polymer and the bone tissue. In the groups of animals sacrificed at the 90th, 120th and 150th postoperative days, the computed tomography images showed no space between the material surface and the bone at the implant/bone marrow interface. The density of the tissues, measured close to this interface was similar to the density measured in the other areas of the bone marrow. The histological analysis demonstrated that the polymer is biocompatible, osteoinductive and osteoconductive. The radiographic analysis allowed documenting the intramedullar position of the polymer, while the tomographic images demonstrated ill-defined limits between the implant and the medullar canal, therefore evidencing a good interaction between them