Repair of bone defects using adipose-derived stem cells combined with alpha-tricalcium phosphate and gelatin sponge scaffolds in a rat model

Abstract Objectives This study aimed to evaluate the potential of adipose-derived stem cells (ASCs) combined with a modified α-tricalcium phosphate (α-TCP) or gelatin sponge (GS) scaffolds for bone healing in a rat model. Material and Methods Bone defects were surgically created in the femur of adult SHR rats and filled with the scaffolds, empty or combined with ASCs. The results were analyzed by histology and histomorphometry on days seven, 14, 30, and 60. Results Significantly increased bone repair was observed on days seven and 60 in animals treated with α-TCP/ASCs, and on day 14 in the group treated with GS/ASCs, when compared with the groups treated with the biomaterials alone. Intense fibroplasia was observed in the group treated with GS alone, on days 14 and 30. Conclusions Our results showed that the use of ASCs combined with α-TCP or GS scaffolds resulted in increased bone repair. The higher efficacy of the α-TCP scaffold suggests osteoconductive property that results in a biological support to the cells, whereas the GS scaffold functions just as a carrier. These results confirm the potential of ASCs in accelerating bone repair in in vivo experimental rat models. These results suggest a new alternative for treating bone defects.

Cimento de alfa-fosfato tricálcico de dupla pega no preenchimento de cavidade anoftálmica – estudo clínico / Double-setting a-tricalcium phosphate cement for the completion of anophthalmic cavity – clinical study

Foi avaliada a conveniência do emprego do cimento de alfa-fosfato tricálcico de dupla pega como implante para o preenchimento de cavidade anoftálmica de cães. Os animais foram provenientes do Serviço de Oftalmologia do Hos- pital Veterinário, da Universidade Estadual Paulista – Câmpus de Jaboticabal e de uma clínica privada. O trabalho foi realizado em dois anos. A idade dos pacientes oscilou entre 2 a 11 anos e o peso de 9 a 50 kg. Os implantes variaram de 19 a 25 mm de diâmetro. O edema local foi observado em todos os animais durante o pós-operatório imediato. Das dez cirurgias realizadas em sete animais, em nove (90%) o resultado estético foi satisfatório, enquanto em um (10%) foi insatisfatório, devido a complicações que levaram à remoção do implante. A utilização do cimento de alfa-fosfato tri- cálcico de dupla pega no preenchimento de cavidade anoftálmica mostrou-se factível e é uma alternativa que possibilita boa aparência estética após a remoção do bulbo do olho.

The double-setting alpha-tricalcium phosphate bone cement was evaluated as an orbital implant for filling the ano- phthalmic cavity of dogs. The animals were from the Ophthalmology Unit of the Veterinary Hospital, Universidade Estadual Paulista – Jaboticabal, and from a private veterinary clinic. The study was conducted during two years. The patients’ age ranged from 2-11 years old, and their weight from 9-50 kg. The implants ranged from 19 to 25 mm in diameter. Local edema was observed in all animals during the immediate postoperative period. Of the ten performed surgeries in seven animals, a satisfactory, aesthetic result was observed in nine (90%) while in one (10%) of them it was unsatisfactory due to complications that led to the implant removal. The use of the double-setting alpha-tricalcium phosphate bone cement to fill anophthalmic sockets is feasible and could be an alternative to improve the cosmetic appearance after eyeball removal.

Estudo comparativo do uso isolado de plasma rico em plaquetas e combinado com cimento de alfa-fosfato tricálcico no reparo ósseo em ratos / Comparative study on use of platelet-rich plasma alone and in combination with alpha-tricalcium phosphate cement for bone repair in rats

OBJETIVOS: Avaliar o efeito do cimento α-TCP combinado com PRP sobre a osteogênese, comparando os resultados com PRP utilizado isoladamente. MÉTODOS: Foi confeccionado defeito bilateral no fêmur de ratos e preenchido com um dos dois tipos de tratamentos (PRP ou α-TCP+PRP), sendo avaliado em quatro e oito semanas. As imagens radiográficas forneceram valores da área da lesão, e a histologia (coloração Picrosirius) indicou a área de neoformação óssea. RESULTADOS: As médias referentes à área de lesão do grupo α-TCP+PRP (2,64mm² ± 2,07 e 1,91mm² ± 0,93; quatro e oito semanas, respectivamente) demonstraram numericamente melhores resultados, porém não significativos (p > 0,05), em comparação com aqueles observados no grupo PRP (5,59mm² ± 2,69 e 3,23mm² ± 1,46; quatro e oito semanas, respectivamente). As médias de neoformação óssea foram de 62,7% ± 12,1% e 79,01% ± 6,25 no grupo PRP, e 73,3% ± 12,7 e 85,86% ± 10,45 no grupo α-TCP+PRP, em quatro e oito semanas, respectivamente (p > 0,05). CONCLUSÃO: Os dados deste estudo sugerem que o tratamento com cimento α-TCP combinado com PRP não demonstra diferença significativa quando comparado ao PRP isolado. Entretanto, há um possível efeito precoce sobre a regeneração óssea quando os dois biomateriais são aplicados em conjunto.

OBJECTIVES: To evaluate the effect of alpha-tricalcium phosphate (α-TCP) cement combined with platelet-rich plasma (PRP) on osteogenesis, and to compare the results with use of PRP alone. METHODS: A bilateral defect was produced in rat femurs and was filled with one of two types of treatments (PRP or α-TCP + PRP). The outcomes were evaluated after four and eight weeks. Radiographic images provided values for the lesion area, and histology (picrosirius staining) indicated the area of ​​new bone formation. RESULTS: The means relating to the lesion area of the α-TCP + PRP group (2.64 ± 2.07 and 1.91 ± 0.93 mm², after four and eight weeks, respectively) showed numerically better but non-significant results (p > 0.05) than those seen in the PRP group (5.59 mm ² ± 2.69 and 3.23 ± 1.46 mm ², after four and eight weeks, respectively). The mean new bone formation rates were 62.7% ± 12.1 and 79.01% ± 6.25 in the PRP group, and 73.3% ± 12.7 and 85.86% ± 10.45 in α-TCP + PRP group, after four and eight weeks, respectively (p > 0.05). CONCLUSION: The data from this study suggest that treatment with α-TCP cement combined with PRP does not show any significant difference in comparison with PRP alone. However, there is a possible early effect on bone regeneration when the two biomaterials are applied together.

Cimento de alfa-tricálcio-fosfato na reconstrução de defeitos ósseos em ratos / Alpha-tricalcium phosphate cement in the reconstruction of bone defects in rats

PURPOSE: To evaluate the ability of a mixture of α-TCP and autogenous bone (AB) vs. α-TCP alone and AB alone to promote new bone formation and tissue repair in bone defects. METHODS: Bone defects surgically created in 15 male Wistar rats were divided into four groups: Group I (AB), Group II (α-TCP), Group III (α-TCP+AB assessed by light microscopy), and Group IV (α-TCP+AB assessed by scanning electron microscopy). Bone repair findings were assessed at 30, 60, and 120 days postoperatively. RESULTS: The histological findings obtained in Groups I (p=0.459), II (p=0.368), and III (p=0.459) and at 30 days (p=0.717), 60 days (p=0.717), and 120 days (p=0.779) did not show statistically significant differences. Scanning electron microscopy revealed direct contact between the α-TCP+AB implant and the bone tissue at 120 days. CONCLUSION: The α-TCP implant is effective alternative bone substitutes for the treatment of critical size bone defects.

OBJETIVO: Avaliar a capacidade da mistura de α-TCP e osso autógeno (OA) Vs somente α-TCP e somente OA em promover a neoformação óssea e reparo tecidual em defeitos ósseos. MÉTODOS: Foram criados cirurgicamente defeitos ósseos em 15 ratos Wistar machos, distribuídos em quatro grupos: Grupo I (OA), Grupo II (α-TCP), Grupo III (α-TCP + OA avaliado por microscopia de luz) e Grupo IV (α-TCP + OA avaliado por microscopia eletrônica de varredura). Os resultados da reparação óssea foram avaliados em 30, 60 e 120 dias. RESULTADOS:os achados histológicos obtidos nos grupos I (p = 0,459), II (p = 0,368) e III (p = 0,459) e aos 30 dias (p = 0,717), 60 dias (p = 0,717), e 120 dias (p = 0,779) não apresentaram diferenças estatisticamente significativas. A análise por microscopia eletrônica de varredura revelou contacto direto entre o implante de α-TCP + AO e o tecido ósseo aos 120 dias. CONCLUSÃO: O implante de α-TCP é alternativa eficaz como substitutos ósseos para o tratamento de defeitos ósseos de tamanho crítico.

Projeto, fabricação e avaliação de implantes craniofaciais personalizados: proposta de utilização de materiais combinados / Design, production and evaluation of customized craniofacial implants: an approach on the use of different materials

Um material adequado para a reconstrução óssea craniofacial deve ser simples de implantar, possuir forma adequada, resistência à fratura e à deformação similares ao osso original, ser eventualmente substituído por osso natural, ser largamente disponível e não possuir um custo muito elevado. Baseado no fato de que um material com todas estas características ainda não está disponível atualmente, torna-se importante buscar novos materiais, novas composições e novas conformações. Diferentes biomateriais são utilizados atualmente para cirurgias de reconstrução craniofacial, cada um apresentando suas vantagens e limitações. Entre eles destacam-se o titânio, o polimetilmetacrilato e os cimentos de fosfato de cálcio. O titânio apresenta difícil conformação; o polimetilmetacrilato polimeriza-se por meio de uma reação exotérmica, podendo causar necrose de tecidos adjacentes ao implante; o cimento de fosfato de cálcio, por sua vez apresenta certa fragilidade, característica de alguns materiais cerâmicos. Neste sentido, este estudo examinou diferentes materiais utilizados para reconstrução craniofacial e suas propriedades mecânicas quando submetidos a ensaios de flexão, como o polimetilmetacrilato, o cimento de fosfato de cálcio e o cimento de fosfato de cálcio reforçado com titânio. Foi verificada a melhoria de propriedades mecânicas do cimento de fosfato de cálcio quando reforçado com malha de titânio. Além disso, este estudo apresenta uma técnica para o projeto e fabricação de implantes craniofaciais personalizados utilizando cimento de fosfato de cálcio reforçado com titânio, validada através de quatro casos de indicação cirúrgica de reconstrução craniofacial.

A material suitable for craniofacial reconstruction must be easy to implant, have the appropriate shape, have the strength and deformation similar to the original bone, be eventually substituted for natural bone, be widely available and present affordable costs. As such as material, with all theses characteristics is still not available, it is important to search for new materials, new compositions and new design. Different biomaterials are used nowadays for craniofacial reconstruction surgeries, each one presenting its advantages and limitations. Among these materials are the titanium, the poli(methilmetacrilate) and the calcium phosphate cements. Titanium presents hard conformation; poli(methilmetacrilate)’s polymerization reaction is exothermic, which may cause necrosis of the adjacent tissues; calcium phosphate cement is brittle, an usual characteristic of ceramic materials. In this way, this study evaluated different materials used for craniofacial reconstruction and its mechanical properties when submitted to bending test, such as poli(methilmetacrilate), calcium phosphate cement and calcium phosphate cement reinforced with titanium. It was verified the improvement in the mechanical properties of the calcium phosphate cement when reinforced with titanium mesh. In addition, this study presents a method for design and manufacturing of customized craniofacial implants using calcium phosphate cement reinforced with titanium mesh, validated through four cases of craniofacial reconstruction surgery indication.

Biocompatibilidade do cimento de fosfato de cálcio implantado no rádio de coelhos / Biocompatibility of calcium phosphate cement implanted in radius of rabbits

OBJETIVO: Avaliar a biocompatibilidade do cimento de fosfato de cálcio, para verificar sua eficácia como possível substituto ósseo. MÉTODOS: No presente trabalho, foi utilizado cimento de fosfato de cálcio em rádio de 8 coelhos, separados em dois grupos (GI e GII), referentes aos tempos de observação de 12 e 26 semanas pós-operatórias, a fim de se observar as reações entre este biomaterial e o tecido ósseo do animal. Foram feitas análises radiográficas e de densitometria óptica, além de microscopia óptica e eletrônica de varredura. RESULTADOS: Observou-se, ao final do experimento, que o cimento à base de fosfato de cálcio foi parcialmente reabsorvido durante o tempo de observação de 26 semanas, apresentando biocompatibilidade, com ausência de reações indesejáveis que pudessem ser atribuídas aos implantes. CONCLUSÕES: O cimento à base de fosfato de cálcio foi biocompatível e parcialmente reabsorvido no período de 26 semanas de observação. Tempos maiores de observação são necessários para a avaliação da reabsorção.

Artrodese do carpo em gatos associada à hidroxiapatita / Arthrodesis of the carpus in cats associeted with hydroxyapatite

Realizaram-se artrodeses carpais em dois gatos como forma de tratamento para alterações severas na articulação carpiana. A hidroxiapatita foi empregada para preenchimento do espaço articular do carpo. Os animais foram encaminhados ao Serviço de Ortopedia do Hospital Veterinário, UNESP, Campus de Jaboticabal, São Paulo - Brasil. O animal 1, Siamês, 10 anos de idade, apresentava apoio inadequado do membro torácico esquerdo, dor, hiperextensão, instabilidade, luxação, degeneração articular e osteartrite da articulação radiocárpica. O animal 2, sem raça definida, 8 meses de idade, apresentava apoio inadequado do membro torácico direito, hiperflexão da articulação cárpica, contração dos tendões da região carpiana, rotação externa do olécrano e o membro voltado para dentro. Foram aplicados fixadores esqueléticos externos (tipo IIb) com barras de polimetilmetacrilato, em ambos os casos. As avaliações clínicas e radiográficas após os procedimentos, demonstraram que a hidroxiapatita é uma alternativa promissora como substituto para os enxertos ósseos.

Avaliação de uma nova hidroxiapatita no tratamento de defeitos ósseos: observações histológicas em tíbias de ratos / Evaluation of a new hydroxyapatite in the treatment of osseous defects: histological observations in rat tibias

A hidroxiapatita é um biomaterial à base de fosfato de cálcio que tem sido extensivamente utilizado em várias aplicações odontológicas, visando à reconstrução óssea. O presente trabalho teve como objetivo avaliar comparativamente a eficácia de uma nova hidroxiapatita, desenvolvida no Brasil (HAF), em relação à eficácia de uma hidroxiapatita comercial (Osteogen®), no tratamento de defeitos ósseos cirurgicamente criados em tíbias de 60 ratos Holtzman. Após anestesia, as cavidades ósseas foram confeccionadas nas superfícies laterais das tíbias direita e esquerda e preenchidas comHAF (40 cavidades) ou Osteogen® (40 cavidades), enquanto outras 40 cavidades não foram preenchidas. Após o sacrifício, aos 7, 15, 30, 60 e 120 dias, realizou-se análise histológica descritiva. Ambas as hidroxiapatitas apresentaram biocompatibilidade. A regeneração no grupo controle foi mais rápida (60 dias) do que nos demais grupos. Nos primeiros períodos do experimento, as partículas de HAF e Osteogen® apresentavam-se envoltas por tecido conjuntivo fibroso. Nos períodos mais tardios (60 e 120 dias) observou-se semelhança histológica entre o grupo controle e o grupo Osteogen®, que se caracterizava pela presença de tecido ósseo compacto. Já no grupo HAF, apesar de haver formação óssea, ainda havia presença de material envolvido por tecido conjuntivo fibroso. As observações do presente trabalho demonstraram que, apesar de biocompatível, a hidroxiapatita HAF apresentou menor eficácia em relação ao Osteogen®, no que se refere à capacidade de reparar os defeitos ósseos criados em tíbias de ratos

Avaliaçäo histológica de três diferentes tipos de hidroxiapatitas, implantadas em arco zigomático de rato / Histological evaluation of three different hydroxyapatite, materials implanted in zigomatic arch of rat

O objetivo deste estudo foi analisar o comportamento histológico de três diferentes tipos de hidroxiapatitas, implantadas bilateralmente em arco zigomático de rato. Foram utilizados 48 ratos, (96 arcos) divididos em quatro grupos (GI - Controle; GII - OsteoGenR; GIII - Hidroxiapatita Experimental Federal (HAF); GIV - Interpore 200R), avaliados em quatro períodos (7, 15, 30 e 60 dias). Após análise histológica, observamos: sequência reparativa com formaçäo de osso novo, retardada nos três grupos testes, sendo mais acentuada no grupo GIV, onde persistiram, por vezes, áreas residuais de conjuntivo com densidade colágena variável; atividade macrofágica constante sobre material, em todos os períodos de avaliaçäo, com maior intensidade no grupo GIV; retençäo íntima de material na estrutura óssea formada, nos três grupos testes; esparsas de material deslocados suprajacente à cavidade com atividade macrofágica persistente e eventual encapsulamento fibroso parcial. Reparativamente, os grupos GII e GIII apresentaram melhor comportamento que o GIV

Obtençäo de blocos cerâmicos porosos através da adiçäo de peróxido de hidrogênio / Porous ceramic blocks obtention through of hidrogen peroxide adiction

Blocos cerâmicos porosos foram produzidos da adição de peróxido de hidrogênio à uma suspsensão de alumina. A porosidade aparente e o diâmetro dos poros, para as condições estudadas, variou de 47 a 68 por cento e de 10 a 300 µm. respectivamente. Aumentado-se o teor de peróxido de hidrogênio adicionado, a porosidade aparente e o diâmetro dos poros também aumentam. Os blocos produzidos apresentam uma distribuição de poros bastante uniforme

Abstract - Porous ceramic blocks were produced by the addition of hydrogen peroxide to a alumina slip. The apparent porosity and the diameter of the pores, for the used conditions , was between 4 7 and 68% and 1 O and 300 ~Lm, respectively. lncreasing the amount of hydrogen peroxide added, the apparent porosity and pores diameters also increased. The blocks produced by this technique presented a fairly uniform distribution of the pores