Analysis of the biocompatibility of nanostructed hydroxyapatite containing 1% strontium as a bone substitute in sheep’s tibiae

Com o avanço das pesquisas em biomateriais, tem sido sugerido que a melhor osteocondutividade da hidroxiapatita seria alcançada se o seu cristal estivesse mais próximo da estrutura, tamanho e morfologia da apatita biológica, por isso a hidroxiapatita nanoestruturada (nHA) é de grande interesse atual. Os íons estrôncio são conhecidos por reduzir a reabsorção óssea, induzir a atividade osteoblástica e estimular a formação óssea. O objetivo deste estudo foi avaliar a biocompatibilidade e a osteocondução em defeitos cirúrgicos não críticos preenchidos com esferas de hidroxiapatita nanoestruturada contendo 1% de estrôncio (nSrHA), esferas de hidroxiapatita nanoestruturada estequiométrica (nHA) em comparação ao coágulo (controle). Os biomateriais passaram por caracterização físico-química antes da implantação por difração de raios X (DRX), onde observou-se um aumento na cristalinidade do material, e por espectroscopia no infravermelho por transformada de Fourrier, onde observouse as bandas típicas da hidroxiapatita e confirmou-se os resultados da DRX. Cinco ovelhas Santa Inês, pesando em média 32 kg, foram anestesiadas e submetidas a três perfurações de 2 mm de diâmetro na face medial da tíbia. Os defeitos cirúrgicos foram preenchidos com coágulo sanguíneo, esferas de nSrHA 1% e esferas de nHA. Após 30 dias as amostras foram trefinadas (4 mm), descalcificadas, processadas para inclusão em parafina e coradas com hematoxilina e eosina (HE) para avaliação histológica com microscopia de luz. Todos os grupos revelaram neoformação óssea da periferia em direção ao centro do defeito, sendo os grupos nHA e nSrHA sem diferenças estatísticas significativas. Presença de discreto infiltrado inflamatório mononuclear em todos os grupos experimentais. Células gigantes do tipo corpo estranho só foram observadas no grupo da HA. Áreas de neoformação óssea foram observadas em íntimo contato com ambos os biomateriais. Na análise por microscopia eletrônica de varredura, foi observado no grupo coágulo neoformação óssea em quase todo defeito e nos grupos nHA e nSrHA mostra a presença de grande quantidade de biomaterial no interior do defeito sem indícios de reabsorção. Na espectroscopia por energia dispersiva foi possível observar em todos os pontos de todos os grupos fósforo e cálcio em grande quantidade. Na microfluorescência de raios X por radiação Síncroton, mostrou a presença de ferro e estrôncio e em menor quantidade de cálcio e zinco no grupo nSrHA e no grupo diáfise observou-se a presença de elementos comuns ao osso maduro, cácio, potássio e estrôncio. De acordo com os resultados obtidos, esferas de nHA e nSrHA 1% são biocompatíveis e apresentam propriedade de osteocondução, mas sem diferença significativa na resposta biológicaWith the advances on biomaterials research have suggested that the best osteoconductivity of hydroxyapatite could be achieved if the crystal was closer to the structure, size and morphology of biological apatite, so the nanostructed hydroxyapatite (nHA) is of current interest. Strontium ions are known to reduce bone resorption, induce osteoblastic activity and thus stimulate bone formation. The aim of this study was to evaluate the biocompatibility and osteoconductive in surgical defects filled with spheres of nanostructed hydroxyapatite containing 1% strontium (nSrHA), nanostructed hydroxyapatite stoichiometric (nHA) when compared to the blood clot (control). Biomaterials passed through physicalchemical characterization prior to implantation by X-ray diffraction (DRX), where there was an increase in crystallinity of the material, and by Fourier transform infrared spectroscopy, where the observed characteristic bands of hydroxyapatite and confirmed the results of DRX. Five Santa Inês sheeps, weighing on average 32 kg were anesthetized and subjected to three perforations 2 mm in diameter on the medial site of tibia. The surgical defects were filled with blood clot, nSr-HA 1% spheres and HA spheres. After 30 days the samples were trephyned (4 mm), decalcified, processed for embedding in paraffinand stained with hematoxilin and eosin (HE) for histological evaluation with light microscopy. All groups showed newbone formation from the periphery to the center of the defects, and the group nHA and nSrHA with same extent. The mononuclear inflammatory infiltrate remained mild in all experimental groups. The presence of giant cells type foreign body was detected only in the HA group. Areas of bone formation were detected in close contact with biomaterials. The analysis by scanning electron microscopy, was observed in the clot group bone formation in almost every defect and nHA and nSrHA groups shows the presence of large amounts of biomaterial inside the defect without evidence of resorption. In energy dispersive spectroscopy was observed at all points of all groups phosphorus and calcium in large quantities. In x-ray microfluorescence by Synchrotron radiation, showed the presence of strontium and iron and a lesser amount of calcium and zinc in the nSrHA group and the shaft group observed the presence of elements common to mature bone, calcium, potassium and strontium. According to the results spheres containing nSrHA 1% and nHA can be considered as biocompatible and with osteoconductive properties, but no significant difference in biological respons