Evaluation by bone densitometry and 3D micro-computed tomography of chitosan, hydroxyapatite and collagen composite as bone substitute in bone defect experimentally induced in the tibia of sheep

A ocorrência de fraturas em animais e, especialmente nas espécies de grande porte, geram preocupação quanto ao custo do tratamento e a ocorrência de sequelas, pois há a possibilidade de complicações pela carga excessiva que esses animais exercem sobre os membros. Dessa forma é importante a imobilização imediata do membro e de maneira adequada, e avaliar se há necessidade de se realizar cirurgia para estabilização da fratura. Em algumas fraturas pode haver falhas ósseas, principalmente em fraturas cominutivas com extensa lesão de tecidos adjacentes, o que dificulta e prolonga o tempo de consolidação. Por essas razões vem sendo estudado, há alguns anos, o uso de substitutos ósseos na forma de cimentos ou mantas ósseas para reparar esses defeitos. O estudo com biomateriais como substitutos ósseos tem tido grande evolução nos últimos anos, e aqueles à base de quitosana, hidroxiapatita e colágeno apresentam grande vantagem, pois a quitosana estimula a regeneração óssea, a hidroxiapatita confere a dureza que o material exige, e o colágeno fornece maleabilidade. O presente projeto teve por objetivo avaliar o reparo ósseo após implante de compósito à base de quitosana, hidroxiapatita e colágeno, em falhas ósseas de tíbias de ovinos induzidas experimentalmente. Foram utilizados os métodos de imagem por densitometria ótica radiográfica e microtomografia computadorizada 3D para avaliar o grau e o tempo de reparo ósseo, assim como a densidade mineral óssea durante a cicatrização. As falhas ósseas foram confeccionadas nas tíbias de ovelhas, em ambos os membros, onde foi implantado o biomaterial em um deles, e o membro contralateral mantido como controle. Posteriormente, os animais foram submetidos a exames radiográficos, quinzenalmente, até 90 dias de pós operatório. Após este período, os animais foram submetidos à eutanásia e fragmentos das tíbias foram colhidos para avaliação por microtomografia computadorizada 3D. Observou-se, pelos resultados qualitativos das imagens radiográficas e dos dados estatísticos, que houve absorção gradativa do biomaterial, e que não houve diferença estatística em relação à densidade mineral óssea entre os dois grupos estudados, embora a DMO tenha sido maior nos membros com o biomaterial. Este método mostrou-se prático e eficaz, além de ser uma técnica não invasiva. A microtomografia computadorizada 3D revelou importantes informações quanto à porosidade óssea e volume ósseo entre os dois grupos. As imagens em 3D mostraram detalhes do osso que não eram possíveis de visualizar por meio das radiografias. Dessa forma é uma técnica bastante eficaz e detalhada, mas é necessária padronização de todas as amostras para poder quantificar os valores adequadamente. O estudo estatístico não mostrou diferenças entre os grupos com biomaterial e controle para os parâmetros de volume ósseo, grau de porosidade e porcentagem de volume ósseo. Porém, pelas imagens em 3D observa-se nitidamente maior quantidade de poros nas amostras controle em relação às amostras com biomaterial. Conclui-se com este estudo que as técnicas de densitometria óssea por raios-X e µCT 3D são bastante eficazes para avaliar a cicatrização óssea em ovinosThe occurrence of fractures in animals and, especially, in large animals are conditions that generate concern about the cost of treatment and the occurrence of future complications because there is the possibility of complications due to excessive load that these animals receive in their limbs. Thus, it is important the limb immobilization immediately and appropriately and assess whether it is necessary to perform surgery to stabilize the fracture. In some kinds of fractures, it might have large bone defects, mainly in comminuted fractures with extensive damage to surrounding tissue, which makes it more difficult and prolongs the consolidation time. For these reasons, scientists have been studied the use of bone substitutes in the form of bone cements to repair these defects. The study of biomaterials as bone substitutes has had great progress in last years, and those based on chitosan, hydroxyapatite and collagen had great advantage because chitosan stimulates bone regeneration, hydroxyapatite confers the hardness that the material requires, and collagen provides flexibility to the material. This project aims to assess bone repair after deploying a composite of chitosan, collagen and hydroxyapatite in bone defects experimentally induced in sheep tibiae. For assessing the degree and the time of bone healing, it was used imaging techniques like radiographic bone densitometry and 3D micro-computed tomography. Bone defects were made in the sheep tibiae in both limbs where the biomaterial was deployed in one of them, and the control was the contralateral limb. After the surgeries, the animals were submitted to radiographic exams every two weeks until 90 days postoperatively. After this period, the animals were euthanized and harvested tibiae fragments for evaluation by 3D micro-computed tomography. Through the qualitative results of images and statistical data, it was observed, radiographically, that there was a gradual absorption of the biomaterial, and also that there was no statistical difference in relation to bone mineral density between the two groups. The method of determining the X-ray BMD proved to be practical and effective, and it is a noninvasive technique. 3D micro-computed tomography revealed important information about bone porosity and bone volume between the two groups. The 3D images showed bone details that were not possible to visualize through radiographs. Thus it is a highly effective and detailed technique, but it requires patterning of all the samples in order to quantify the amounts properly. Statistical analysis showed no differences between the groups for bone volume parameters, degree of porosity and percentage of bone volume. However in the 3D images, it can be observed clearly larger amount of pores in the control samples in comparison to those with biomaterial. It is concluded from this study that the techniques of bone densitometry X-ray and 3D µCT are very effective to evaluate bone healing in sheep. Bone mineral density was higher in limbs with biomaterial and there was a higher bone volume and lower degree of porosity in the samples with biomaterial compared to the control grou