Influence of "whiskers" of wollastonite in calcium phosphate cement behavior of osteoblastic cell

Cimentos de fosfato de cálcio (CFC) a base de ?-TCP, que originam como processo final de cura uma hidroxiapatita deficiente em cálcio (CDHA) são muito utilizados como biomateriais para osso, por possuírem similaridade estrutural e química à porção inorgânica do tecido ósseo. Porém o uso dos CFC se restringe a pequenos defeitos bucomaxilofaciais e recobrimento de próteses metálicas, em função do déficit considerável de suas propriedades mecânicas. Visando melhorar as propriedades mecânicas dos CFCs estudos têm sido direcionados à aplicação de fibras de vários materiais, como as fibras de carbono, as fibras de vidro, as de carboneto, entre outras. No entanto, muitas dessas fibras introduzidas se mostraram tóxicas às células, impedindo sua aplicação clínica. Recentemente, os "whiskers" (fibras curtas de monocristal) de biocerâmicas vêm sendo estudados como outro tipo de reforço, cujos resultados têm se mostrado promissores por melhorarem as propriedades mecânicas e biológicas dos materiais. Nesse trabalho, a resposta biológica das CDHA pura e contendo 5 e 10% de "whiskers" de wollastonita, foram estudadas através de um sistema de cultivo celular com células osteoblásticas, o qual tem sido muito utilizado para elucidar a resposta celular em biomateriais. Porém cultivar células em CDHAs não é uma tarefa fácil, pois o processo de hidrólise sofrido por esses materiais promove a liberação de íons para o meio de cultura, o que acarreta na mudança de pH e concentração iônica do meio. Essas mudanças promoveram a morte das células após 48h de cultivo. Foi possível manter as células viáveis ao longo do tempo realizando a lavagem dos discos de CDHA com DMEM (Dulbecco's Modified Eagle Medium) antes da semeadura e também com a troca diária do meio de cultura. Nossos resultados demonstraram que as CDHA contendo "whiskers" foram capazes de estimular a proliferação celular quando comparadas com a placa de poliestireno e a CDHA pura. No ensaio de MEV foi possível observar uma densa camada celular na superfície da CDHA contendo 10% de "whiskers". A atividade da fosfatase alcalina (FAC) foi significativamente maior nas CDHAs contendo "whiskers", sendo proporcional a concentração de "whiskers" wollastonita nas amostras, o ensaio de mineralização corroborou com o ensaio de FAC, no qual a CDHA contendo 10% de "whiskers" apresentou maior produção de matriz mineralizada. Tendo-se em vista os presentes resultados pode-se dizer que as CDHA contendo "whiskers" de wollastonita são biomateriais promissores para engenharia tecidual óssea, pois foram capazes de estimular a proliferação e diferenciação celular, além da resistência mecânica melhorada pela adição dos "whiskers".Calcium phosphate cements (CFCs) are widely used as biomaterials for bone because they have chemical and structural similarity to the inorganic portion of bone tissue. But the use of CFCs is restricted to maxillofacial small defects and coating metallic prostheses, due to the considerable deficit of its mechanical properties. In order to improve the mechanical properties of CFCs studies have focused on the application of fibers of many materials such as carbon fibers, glass fibers, carbide fibers among others. However, many of these fibers are shown toxic to the cells, preventing their clinical application. Recently, the "whiskers" (short crystal fibers) of bioceramics have been studied as another type of reinforcement and the results have shown promise for improving the mechanical and biological properties of materials. In this work the biological response of hydroxyapatites deficient in calcium (CDHA) pure and containing 5 and 10% "whiskers" of wollastonite, were studied using a cell culture system with osteoblastic cells, which has long been used to elucidate the cell behavior in biomaterials. However cultivating cells in CDHAs is not an easy task because the hydrolysis process undergone by such materials promotes the release of ions to the culture medium, which results in the change of pH and ionic concentration of the medium. These changes promoted cell death after 48 h of cultivation. Cell viability was maintained for 14 days by a simple washing of CDHA discs with DMEM before cell culture and also with daily changes of culture medium. Our results demonstrate that CDHA containing "whiskers" were able to stimulate cell proliferation when compared to the polystyrene plate and CDHA pure. In the assay by SEM was possible to see a dense cell layer on the surface of the CDHA containing 10% "whisker." The alkaline phosphatase activity (ALP) was significantly higher in CDHAs containing "whiskers" being proportional to the concentration of "whiskers" wollastonite samples. The mineralization assay corroborated with ALP assay in which the CDHA containing 10% " whisker "showed higher production of mineralized matrix. In summary the CDHAs containing "whiskers" of wollastonite are excellent biomaterials for bone tissue engineering, because they were able to stimulate cell proliferation and differentiation, as well as mechanical strength improved by the addition of "whiskers"