Biocomponents Based on Hydroxiapatite: Influence of Sterilization on the Mechanical Resistance / Biocomponentes à base de hidroxiapatita: Influência da esterilização na resistência mecânica

Abstract Objective This study aimed to evaluate the influence of sterilization on the compressive and flexural mechanical strength of hydroxyapatite-based biocomponents obtained through freeze-dried bovine bone, and its association with chitosan. Methods Freeze-dried bovine bone was processed into 100 μm particles and mixed with 50% of its weight in chitosan. The mixture was packed in metallic molds for preparing the specimens, and sterilized at 127°C using an autoclave for subsequent experimentation. The specimens were subjected to compression and flexion tests following norm 5833 of the International Organization for Standardization (ISO), with 6 × 12 mm cylindrical blocks (for compression tests) and 75 × 10 × 3.3 mm plates (for flexion tests) as samples. The samples were divided into four groups of 20 specimens each, with 10 for compression and 10 for flexion tests. Three groups were sterilized (autoclave, gamma rays, and ethylene oxide), whereas the fourth group (control) was not. The mechanical tests obtained from the different sterilization processes were compared using analysis of variance (ANOVA, p< 0.05), followed by the Tukey multiple comparison test of means, with a 95% confidence interval. Results The specimens presented mean compressive strengths of 10.25 MPa for the control group and 3.67 MPa, 9.65 MPa, and 9.16 MPa after ethylene oxide, gamma ray, and autoclave sterilization, respectively. Flexion test results showed an average resistance of 0.40 MPa in the control group, and 0.15 MPa, 0.17 MPa, and 0.30 MPa after ethylene oxide, gamma ray, and autoclave sterilization, respectively. There were statistically significant differences observed in the maximum compression of the ethylene oxide-sterilized group compared with that of the control group (p= 0.0002), gamma ray-sterilized (p= 0.0003), and the autoclaved (p= 0.0006) groups. There was a statistically significant difference in maximum flexion of the specimens sterilized by gamma rays when compared with the control group (p= 0.0245). However, low flexural strengths were observed in all specimens. Conclusion The autoclave sterilization group did not result in statistically significant differences in either compression or flexion strength tests. Thus, the autoclave proved to be the best sterilization option for the hydroxyapatite-based biocomponents in this study.

Resumo Objetivo O objetivo deste estudo foi avaliar a influência da esterilização na resistência mecânica à compressão e flexão de biocomponentes à base de hidroxiapatita obtida a partir de osso bovino liofilizado e sua associação com quitosana. Métodos O osso bovino liofilizado foi processado em partículas de 100 μm e misturado à quitosana em proporção de 50% de seu peso. A mistura foi acondicionada em moldes metálicos para preparo dos espécimes e esterilizada a 127°C em autoclave para posterior experimentação. Os espécimes foram submetidos a ensaios de compressão e flexão seguindo a norma 5833 da International Organization for Standardization (ISO); os espécimes eram blocos cilíndricos de 6 × 12 mm (para ensaios de compressão) e placas de 75 × 10 × 3,3 mm (para ensaios de flexão). As amostras foram divididas em quatro grupos de 20 espécimes cada, sendo 10 para ensaios de compressão e 10 para ensaios de flexão. Três grupos foram esterilizados (por autoclavagem, raios gama e óxido de etileno), enquanto o quarto grupo (controle) não foi. Os testes mecânicos obtidos nos diferentes processos de esterilização foram comparados por análise de variância (ANOVA, p< 0,05) seguido pelo teste de comparação múltipla de médias de Tukey, com intervalo de confiança de 95%. Resultados Os espécimes apresentaram resistências médias à compressão de 10,25 MPa para o grupo de controle e 3,67 MPa, 9,65 MPa e 9,16 MPa após esterilização com óxido de etileno, raios gama e autoclavagem, respectivamente. Os resultados do teste de flexão mostraram uma resistência média de 0,40 MPa no grupo de controle, e 0,15 MPa, 0,17 MPa e 0,30 MPa após esterilização com óxido de etileno, raios gama e autoclavagem, respectivamente. A compressão máxima observada no grupo esterilizado com óxido de etileno foi estatisticamente diferente à obtida no grupo de controle (p= 0,0002), esterilizado com raios gama (p= 0,0003) e autoclavado (p= 0,0006). A flexão máxima dos espécimes esterilizados com raios gama foi estatisticamente diferente à observada no grupo de controle (p= 0,0245). No entanto, a resistência à flexão foi baixa em todos os espécimes. Conclusão A esterilização em autoclave não foi associada a diferenças estatisticamente significativas nos testes de compressão ou flexão. Assim, a autoclave foi a melhor opção de esterilização para os biocomponentes à base de hidroxiapatita neste estudo.

Split-type fractures of the spine: a new minimally invasive percutaneous technique / Fraturas tipo split da coluna: nova técnica percutânea minimamente invasiva / Fracturas tipo split de la columna: nueva técnica percutánea mínimamente invasiva

ABSTRACT Objective: This research presents a biomechanical analysis performed in the lumbar spine of a porcine animal model, considering a minimally invasive technique for the treatment of split fractures. Methods: Porcine spines were used to perform compression tests, considering three different approaches. Three groups were defined in order to verify and validate the proposed technique: a control group (1); spines with split fractures (2); and a treatment group (3). For the first group (control), spines were axially compressed until any kind of fracture occurred, in order to verify the strength of the structure. In the second group, split fractures were created to obtain the mechanical failure pattern of the model. In the third group, the split fractures were submitted to the proposed treatment, to verify the resistance achieved. The three groups were compared by means of axial compression tests. Statistical analysis was performed by ANOVA. Results: The control group (intact spine) and the treated split fracture group presented similar results (p>0.05), differing from the results for the untreated split fracture group (p<0.05). Conclusions: The tests performed in order to determine the behavior and strength of the lumbar spine when subjected to axial compression provided positive data for the development of a minimally invasive technique capable of restoring split fractures of the spine. Level of evidence III; Experimental research.

RESUMO Objetivo: Esta pesquisa apresenta uma análise biomecânica realizada na coluna lombar em modelo animal suíno, considerando uma técnica minimamente invasiva para o tratamento de fraturas vertebrais do tipo split. Métodos: Foram usadas colunas de suínos para a realização de testes de compressão, considerando três diferentes abordagens. Para verificar e validar a técnica proposta, foram definidos três grupos: grupo controle (1); colunas com fraturas do tipo split (2) e grupo tratamento (3). No o primeiro grupo (controle), as colunas foram comprimidas axialmente até que ocorresse qualquer tipo de fratura, a fim de verificar a resistência da estrutura. No segundo grupo, foram criadas fraturas do tipo split para obter o padrão de falha mecânica do modelo. No terceiro grupo, as fraturas do tipo split foram submetidas ao tratamento proposto, para verificar a resistência alcançada. Os três grupos foram comparados por meio de testes de compressão axial. A análise estatística foi realizada por ANOVA. Resultados: O grupo controle (coluna íntegra) e o grupo com fratura do tipo split tratada apresentaram resultados semelhantes (p > 0,05), diferentemente dos resultados do grupo com fratura do tipo split não tratada (p < 0,05). Conclusões: Os testes para determinar o comportamento e a força da coluna lombar quando é submetida à compressão axial forneceram dados positivos para o desenvolvimento de uma técnica minimamente invasiva capaz de restaurar fraturas tipo split da coluna vertebral. Nível de evidência III; Pesquisa experimental.

RESUMEN Objetivo: Esta investigación presenta un análisis biomecánico realizado en la columna lumbar de un modelo animal porcino, considerando una técnica mínimamente invasiva para el tratamiento de fracturas vertebrales del tipo split. Métodos: Fueron usadas columnas de porcinos para la realización de tests de compresión, considerando tres diferentes abordajes. Para verificar y validar la técnica propuesta, fueron definidos tres grupos: grupo control (1); columnas con fracturas del tipo split (2) y grupo tratamiento (3). En el primer grupo (control), las columnas fueron comprimidas axialmente hasta que ocurriera cualquier tipo de fractura, a fin de verificar la resistencia de la estructura. En el segundo grupo, fueron creadas fracturas del tipo split para obtener el patrón de falla mecánica del modelo. En el tercer grupo, las fracturas del tipo split fueron sometidas al tratamiento propuesto, para verificar la resistencia alcanzada. Los tres grupos fueron comparados por medio de tests de compresión axial. El análisis estadístico fue realizado por ANOVA. Resultados: El grupo control (columna íntegra) y el grupo con fractura del tipo split tratada presentaron resultados semejantes (p>0,05), a diferencia de los resultados del grupo con fractura del tipo Split no tratada (p<0,05). Conclusiones: Los tests para determinar el comportamiento y la fuerza de la columna lumbar cuando es sometida a la compresión axial suministraron datos positivos para el desarrollo de una técnica mínimamente invasiva, capaz de restaurar fracturas del tipo Split de la columna vertebral. Nivel de evidencia III; Investigación experimental.