Mecanismos de transdução de sinais como um fator preditivo para o desenvolvimento de biomateriais inteligentes / Signal transduction as a predictive factor for smart biomaterials development

Os biomateriais desempenham um importante papel no sucesso da regeneração de tecidos e órgãos. Atualmente, pesquisadores buscam métodos alternativos que possam predizer a biocompatibilidade de um material, bem como seu potencial em promover a adesão celular. Transdução de sinal envolve o estudo dos mecanismos intracelulares que regulam as respostas celulares a estímulos externos, tais como hormônios, citocinas e também adesão de células a superfícies de biomateriais. Vários eventos têm sido apontados como responsáveis pela adaptação celular e adesão a superfícies diferentes. Por exemplo, rearranjos do citoesqueleto durante a adesão celular requerem o recrutamento de proteínas tirosina quinases em estruturas de adesão focal que promovem a ativação transiente de FAK e Src. Além disso, a fosforilação de resíduos de tirosina (Y) tem sido aceita como um regulador crítico de uma série de eventos bioquímicos, incluindo proliferação celular, migração, diferenciação, sinalização, sobrevivência e metabolismo energético. O entendimento da sinalização envolvida nos mecanismos de adesão, proliferação e diferenciação de osteoblastos em superfícies utilizadas na confecção de implantes é fundamental para o projeto bem-sucedido de novos materiais inteligentes, que pode reduzir o tempo de reparo, permitindo a reabilitação mais rápida do paciente

Biomaterials play an important role in the successful regeneration of tissues and organs. Currently, researchers over the world are seeking alternative methods able to predict the biocompatibility of a material, as well as its potential to guide cell fate, from adhesion to differentiation. In this sense, signal transduction involves the study of the intracellular mechanisms that regulate the cellular response to external stimuli, such as those involved with cell adhesion on biomaterial surfaces and overall bringing a global intracellular mechanism over the cell adaptation. In this context, we have shown that during osteoblast adhesion there is a rigorous cytoskeletal rearrangement, requiring a efficient recruitment of protein tyrosine kinases in focal adhesion structures promoting the transient activation of both FAK and Src. Furthermore, phosphorylation at tyrosine residues (Y) has been accepted as a critical regulator of a series of biochemical events including cell proliferation, migration, differentiation, survival signaling and energy metabolism. The understanding of signaling mechanisms involved in adhesion, proliferation and differentiation of osteoblasts on different surfaces must be critical to the successful design of new “smart” materials, impacting on patient rehabilitation

Avaliação de implantes dentais com conexão do tipo hexágono interno quanto à resistência à fadiga / Evaluation of dental implants with internal hexagonal connection for resistance to fatigue

Implantes dentais de titânio puro, devido ao seu desempenho mecânico e resistência à corrosão, são amplamente utilizados na reabilitação de pacientes edêntulos parciais ou totais. Apesar das altas taxas de sucesso, estudos clínicos têm mostrado que o resultado final pode ser comprometido em decorrência, tanto de causas biológicas como mecânicas. Os implantes dentais podem apresentar falhas por fadiga. Esta falha ocorre devido a carregamentos cíclicos do processo mastigatório. A fratura dos materiais metálicos consiste na separação em diversas partes dos elementos adaptados nos implantes dentários devido à aplicação de cargas extrínsecas, as quais podem ser induzidas, através da aplicação de cargas lentas por tração, compressão, flexão e torção. A fratura pode ocorrer por impacto ou por cargas de intensidades variadas que atuam durante longos períodos. Para determinar este limite de resistência, a fim de que a vida útil de um produto seja estimada por meio de testes mecânicos, são utilizados ensaios padronizados por normas da International Organization for Standardization - ISO. A resistência à fadiga em implantes dentais é realizada conforme padrões da norma “ISO 14801:2007 Dentistry – Implants – Dynamic fatigue test endosseus dental implants”. Implantes com diâmetro de 3,8 mm e comprimento de 13 mm com conexão hexágono interno (SI N – Sistema de Implante, São Paulo, SP, Brasil) foram utilizados como corpos de prova para ensaios mecânicos de compressão e fadiga. Acima dos implantes foram instalados abutments cimentados com diâmetro de 3,8 mm e altura de cinta de 2 mm.

Pure titanium dental implants due to its mechanical performance and corrosion resistance, are widely used in rehabilitation of partially or totally edentulous patients. Despite the high success rates, clinical studies have shown that the final result may be compromised as a result of both biological and mechanical causes. Dental implants may fail due to fatigue. This failure occurs due to cyclic loads of the masticatory process. The fracture of metallic materials is the separation in different parts of the elements adapted to dental implants due to the application of extrinsic loads, which can be induced by applying loads slow for tension, compression, bending and torsion. The fracture can occur by impact or by loads of varying intensity acting for long periods. To determine the limit of resistance to ensure that the life of a product is estimated by means of mechanical tests, standardized tests are used by International Organization for Standardization - ISO. The fatigue strength of dental implants is performed according to standard the standard “ISO 14801:2007 Dentistry - Implants - Dynamic fatigue test endosseus dental implants.” Implants with a diameter of 3.8 mm diameter and 13 mm length with internal hexagon connection (SIN, - Sistema de Implante, São Paulo, SP, Brazil) were used as specimens for mechanical tests of compression and fatigue. Implants were installed above the abutments cemented with a diameter of 3.8 mm and 2 mm of height collar. The values obtained in compression and fatigue tests, respectively 847 N e 167,4 N, are compatible with the values presented in the literature.

Porcine peritoneum as source of biocompatible collagen in mice / Peritônio suíno como fonte de colágeno biocompatível em camundongos

PURPOSE: To investigate the biocompatibility and biodegradability of a membrane made from porcine peritoneum. METHODS: The membrane (5x5 mm) was inserted in the subcutaneous tissue on the back of 15 mice, which were killed after 1, 3 and 9 weeks (ISO 10993-6). The cellular components of the inflammatory response and degradation of the membrane were analyzed in hematoxylin-eosin-stained histological sections. RESULTS: After one week, mononuclear cells were observed inside the membrane. After three weeks, the material was almost completely absorbed. After nine weeks, there was no presence of material and there were signs of tissue remodeling. There was neither a foreign body reaction nor signs of tissue necrosis. CONCLUSION: The collagen membrane derived from porcine peritoneum is biocompatible and bioabsorbable when implanted in the subcutaneous tissue of mice.

OBJETIVO: Investigar a biocompatibilidade e biodegradabilidade de uma membrana feita de peritônio suíno. MÉTODOS: A membrana (5x5 mm) foi inserida no tecido subcutâneo dorsal de 15 camundongos, que foram mortos após uma, três e nove semanas (ISO 10993-6). Os componentes celulares da resposta inflamatória e a degradação da membrana foram analisados em cortes corados em hematoxilina-eosina. RESULTADOS: Após uma semana, células mononucleares foram observadas dentro da membrana. Após três semanas, o material foi quase completamente absorvido. Após nove semanas, não houve presença do material e houve sinais de remodelação tecidual. Não houve reação de corpo estranho nem sinais de necrose tecidual. CONCLUSÃO: A membrana colágena derivada de peritônio suíno é biocompatível e bioabsorvível quando implantada no tecido subcutâneo do camundongo.

Análise histológica de uma membrana colágena de submucosa intestinal suína / Histological analysis of a collagen membrane from porcine intestinal submucosa

O objetivo deste estudo foi avaliar a resposta tecidual de uma membrana liofilizada a base de colágeno I derivado de submucosa intestinal suína. O material foi implantado no tecido subcutâneo do dorso de 15 camundongos e os componentes celulares da resposta inflamatória e a degradação da membrana foram analisados em cortes histológicos corados por hematoxilina-eosina após uma, três e nove semanas (ISO 10993-6). Após uma semana de implantação, havia tecido de granulação justaposta à membrana colágena, com muitos vasos sanguíneos de pequeno calibre, predomínio de infiltrado celular mononuclear e fibroblastos e início de hidrólise do material. Em três semanas da implantação, células gigantes multinucleadas de corpo estranho adjacentes aos limites do material implantado estavam presentes, o tecido conjuntivo era frouxo e observou-se pequena degradação do material. A membrana estava presente após nove semanas e apresentava moderado grau de hidrólise, porém conservava sua estrutura funcional; havia fraca presença de neovascularização e persistência de células gigantes multinucleadas de corpo estranho. Com base nos resultados obtidos pode-se concluir que a membrana testada é biocompatível, bioabsorvível e sugere potencial de aplicabilidade clínica em seres humanos.

The aim of this study was to evaluate the biocompatibility and biodegradability of a freeze-dried membrane based on type I collagen derived from porcine intestinal submucosa. The membrane was implanted in the dorsal subcutaneous tissue of 15 mice and the cellular components of the inflammatory infiltrate and the degradation of the membrane were analyzed in histological sections stained with hematoxylin-eosin after one, three, and nine weeks (ISO 10993-6). One week after implantation, there was a granulation tissue juxtaposed to the membrane, with many blood vessels of small diameter, and predominance of infiltrated mononuclear cells and fibroblasts; membrane hydrolysis initiate at this point. Three weeks after implantat ion, foreign body multinucleated giant cells adjacent to the limits of the implanted membrane, a loose connective tissue, and little degradation of membrane were also observed. The membrane was present nine weeks after implantation and showed moderate hydrolysis; however, its functional structure remained unaltered; there was discret presence of blood vessels and foreign body multinucleated giant cells remnants. The authors concluded that the membrane derived from porcine intestinal submucosa is biocompatible and bioabsorbable, suggesting its potential clinical applicability in humans.

Acompanhamento histomorfométrico e radiográfico do reparo de defeito crítico em crânio de ratos preenchidos com associação de osso medular bovino e BMP / Histomorphometric and radiographic monitoring the repair of critical defects in skulls of rats completed with combination of medular bovine bone plus BMP

O objetivo deste trabalho foi avaliar histomorfometricamente o processo de reparo de defeito ósseo perene na calvária de ratos preenchidos com grânulos de osso medular bovino desproteinizado, associado a um pool de proteínas morfogenéticas ósseas (BMPs) bovinas. Após 1, 3 e 6 meses, as calotas cranianas foram coletadas, processadas e as sessões obtidas coradas em Hematoxilina e Eosina. A análise histomorfométrica mostrou que o xenoenxerto não foi completamente degradado durante os períodos estudados, com a densidade de volume do material implantado permanecendo próximo de 50% em todos os períodos (p > 0,05). No grupo controle a densidade de volume do tecido conjuntivo era de 62,5% ± 8,81% (1° mês), diminuindo significantemente para 40,2% ± 7,5% após 6 meses (p < 0,05), enquanto que o volume de tecido ósseo neoformado passou de 37,5% ± 8,81% no 1° mês para 59,8% ± 7,5% aos 6 meses (p < 0.05). No grupo experimental, o volume de tecido conjuntivo diminuiu de 45,8% ± 7,8% (1° mês) para 31,8% ± 8,38% (6° mês), ao passo que o volume do tecido ósseo neoformado aumentou de 7,0% ± 2,45% (1° mês) para 19,6% ± 11,04% (6° mês) (p < 0,05). Conclui-se que, a despeito da biocompatibilidade e propriedade osteocondutora do xenoenxerto, o composto estudado retardou o reparo ósseo em defeito críticos no crânio de ratos.

The objective of this study was to evaluate the healing process of perennial bone defect in the skull of rats promoted by treating the defects with inorganic granules of bovine bone plus a pool of bone morphogenetic proteins (BMPs). After 1, 3 and 6 months from surgery, the whole skulls were carefully collected and sections obtained were stained with Hematoxylin & Eosin. We showed that implanted material was not completely resorbed during the periods studied, remaining around 50% in all periods (p > 0.05). In the control group the volume of connective tissue decreased significantly from 62.5% ± 8.81% (1 month) to 40.2% ± 7.5% after 6 months (p < 0.05), while that the amount of neoformed bone increased from 37.5% to ± 8.81% (1 month) to 59.8% ± 7.5% (6 months) (p < 0.05). On the other hand, in the experimental group, the volume of connective tissue decreased from 45.8% ± 7.8% (1 month) to 31.8% ± 8.38% (6 months), while the amount of neoformed bone tissue increased from 7.0% ± 2.45% (1 month) to 19.6% ± 11.04% (6 months) (p < 0.05). Based on results, we concluded that, despite the biocompatibility and osteoconductive property of signaling molecules such as BMPs, their combination with bovine bone particles delayed the new bone formation in critical defects rats.

Influência dos principais fatores de risco no sucesso de implantes osseointegrados / Main risk factors influence in the osseointegrated dental implants success

O objetivo deste trabalho foi revisar os principais fatores que influenciam a obtenção e manutenção da osseointegração de implantes dentais, por meio da análise, discussão e comparação dos diferentes fatores locais, gerais e de risco citados na literatura com os resultados obtidos clinicamente. Foram avaliados 404 implantes (SIN - Sistema de Implante, São Paulo, SP, Brasil), instalados em 76 pacientes (31 homens e 45 mulheres), com idade entre 30 e 82 anos. Tais pacientes foram atendidos nos cursos de formação e especialização em Implantodontia do Instituto Nacional de Experimentos e Pesquisas Odontológicas. A partir dos prontuários foram registradas as seguintes informações dos pacientes: gênero e idade atual, hábitos parafuncionais, histórico de tabagismo e de Diabetes mellitus, data da cirurgia, região de instalação, data da colocação das próteses, condições de carregamento e implantes perdidos. Todos os implantes avaliados apresentaram pelo menos um ano de carregamento protético. No total foram identificados 20 implantes perdidos, correspondendo a 95,05% de implantes funcionais, após um período de carregamento de 12 a 63 meses. A presença de tabagismo e sobrecarga oclusal por hábitos parafuncionais pareceram interferir no processo de osseointegração, principalmente quando associados ao mesmo indivíduo. Com base na literatura e nos resultados clínicos observados, concluiu-se que os diferentes fatores que interferem no processo da osseointegração são múltiplos e interagem entre si, havendo a necessidade de estudos mais específicos para confirmar a influência de cada um deles.

This study reviewed the main factors that influence the achievement and maintenance of osseointegration of dental implants, analyzing, discussing and comparing the different local factors, general and of risk cited in the literature with obtained clinical results. A total number of 404 implants (SIN - Sistema de Implante, São Paulo, SP, Brasil) were evaluated in 76 patients (31 men and 45 women), with ages ranging from 30 to 82 years. Such patients were attended in courses of the National Institute of Dental Experiments and Research. The data were recorded from clinical reports and the following information were considered: patient’s gender, current age, oral parafunctional habits, smoking and Diabetes history, surgery date, site of implant installation, date of placement of prostheses, conditions of loading and records of implants lost. All implants were assessed at least one year after loading, and also the considered inclusion criteria were properly registered in clinical records. A number of 20 implants were lost, with a final result of 95.05% of functional implants, after a period of loading that ranged from 12 to 63 months. The presence of occlusal overload by parafunctional and smoking habits seem to affect the process of osseointegration, especially when these factors were associated in the same individual. Based on the literature and in clinical results observed, it seems that there is a range of factors involved in the osseointegration process interacting one to each other, and there is a need for more studies to confirm each specific influence.

Reabilitação oral de paciente com sarcoma indiferenciado em mandíbula utilizando-se enxerto de fíbula e prótese sobre implantes / Oral rehabilitation of a patient with undifferentiated mandibular sarcoma using fibular graft and implant-supported prosthesis

O tratamento de pacientes com anomalias, traumas e defeitos decorrentes da ressecção de tecidos acometidos por processo tumoral são considerados verdadeiros desafios para as equipes de reabilitação oral. Dentre as possibilidades de enxerto para o tratamento de defeitos ósseos em mandíbula, estão os enxertos de crista ilíaca, escápula, osso radial do antebraço e de fíbula. O enxerto de fíbula vem sendo utilizado na reconstrução de mandíbula devido às suas características favoráveis como volume ósseo e espessura de cortical. A instalação de implantes dentais nos enxertos de fíbula, assim como as próteses instaladas sobre os mesmos, vêm sendo realizadas com sucesso. Este relato de caso clínico descreve a reabilitação oral de paciente submetido a transplante autógeno de fíbula, devido à ressecção parcial de mandíbula para remoção de um tumor, diagnosticado como sarcoma indiferenciado. Foram instalados 5 implantes dentais (SIN - Sistema de Implante, São Paulo, SP, Brasil) na mandíbula e confeccionada prótese implantossuportada, propiciando restabelecimento da função mastigatória e recuperação da qualidade de vida do paciente.

The treatment of patients compromised in with anomalies, trauma, and defects due to the resection of cancerous tissues considerably challenges restorative dental teams. Among the possibilities of grafts to the treatment of mandibular bone defects, the iliac flap , the scapula flap, the radial forearm flap and the fibula flap are available. Fibular bone graft has being used in the mandibular reconstructions due its favorable conditions, such as volume and width of its cortical bone. Dental implants placement in fibula grafts and subsequent implant-supported prosthetic rehabilitation have been successfully used. This case report describes the oral rehabilitation of patient subimitted to reconstruction with autogenous fibular graft, following ablation for tumor (undifferentiated sarcoma), and partial mandibular resection. Five dental implants (SIN - Sistema de Implante, São Paulo, SP, Brazil) were placed in mandibular bone, reestablishing chewing function and recovering the patient’s quality of life.

Avaliação de matrizes tridimensionais colagênicas como carreadores celulares para a biogenharia óssea / Evaluation of three-dimensional collagenic matrices as cellular scaffolds to bone bioengineering

A terapia de perdas ósseas constitui um dos grandes desafios da área médico-odontológica. Apesar de o enxerto autógeno ainda ser considerado o "gold standart", apresenta limitações como a necessidade de um segundo sítio cirúrgico, limitação da quantidade de osso disponível e falta de previsibilidade. A Bioengenharia surgiu como um elemento promissor no tratamento de defeitos ósseos críticos conjugando três elementos principais: as células do paciente, um material carreador e moléculas sinalizadoras. Os materiais carreadores devem ser biocompatíveis, possibilitar a proliferação e diferenciação dos tipos celulares desejados, além de apresentar baixo potencial em desencadear resposta inflamatória. O colágeno tipo I constitui um dos principais produtos da matriz extracelular (MEC) do tecido ósseo sendo, posteriormente, mineralizada. O objetivo deste trabalho foi avaliar o potencial carreador de matrizes de colágeno, obtidas de pericárdio bovino submetido a diferentes tempos de hidrólise (24h e 48h). A hipótese foi de que os tempos de hidrólise, a que foram submetidos os materiais, gerando matrizes colagênicas aniônicas, pudessem interferir nos processos de proliferação, diferenciação e mineralização. O potencial em desencadear resposta inflamatória foi avaliado após 24h, 48h e 72h de contato entre as diferentes membranas e macrófagos humanos. As dosagens de mediadores inflamatórios (IL-10, TNF-alfa, TGF-beta e Óxido Nítrico -NO), demonstraram aumento significativo de TGF-beta, em relação ao controle, que desativa macrófagos e estimula proliferação de células e cicatrização. A análise ao microscópio eletrônico de varredura (MEV) e ao microscópio de luz (ML) mostrou que as células osteoprogenitoras, provenientes do endósteo de fêmur de camundongo Balb/c (FOST), proliferaram ao longo dos tempos experimentais sobre a superfície das matrizes colagênicas estudadas...

The therapy of bone defects constitutes one of the great challenges of the medicine and dentistry. Although autogenous is considered "gold standart", presents limitations as the necessity of second surgical site, limitation of bone availability and lack of previsibility. Tissue bioengineering appeared as a promising treatment for critical bone defects conjugating three main elements: the patient's cells, a scaffold and sinalizing molecules. The biomaterials used as scaffolds must be biocompatible to possibilite proliferation and differentiation of desired cell types, besides presenting low potential to promote inflammatory response. Collagen type I constitutes one of the main products of the extracellular matrix (ECM) of bone tissue, being later mineralized. The objective of this work was to evaluate the carrier potential of anionic collagen matrices, obtained of bovine pericardium submitted to different hydrolysis times (24h and 48h). The hypothesis was that the hydrolysis times, could influence the processes of proliferation, differentiation and mineralization. The potential activation of inflammatory response was evaluated after 24h, 48h and 72h of contact among the different membranes and human macrophages. The quantification of inflammatory mediators (IL-10, TNF-alpha, TGF-beta and NO-2) demonstrated significant TGF-beta increase in relation to the control, that disactivates macrophages and stimulates proliferation of cells and wound healing. Scaning electron microscope (SEM) and light microscope (LM) showed that osteoprogenitor cells, obtained from the endosteum of femur of Balb/c mouse (FOST), had proliferated on the surface of the studied collagenic matrices. However, at the studied experimental times, cells were not observed in the pores of these matrices...

Evaluation of the cytocompatibility of mixed bovine bone

Treatment of bovine bone with peroxides and chaotropic agents aims to obtain an acellular bone matrix that is able to maintain the collagen-apatite complex and a higher mechanical resistance, a mixed biomaterial hereby named mixed bovine bone (MBB). The purpose of this study was to evaluate the cytocompatibility of MBB and cell-MBB interaction. Cell morphology, number of viable cells, ability to reduce methyltetrazolium and to incorporate neutral red upon exposure to different concentrations of the hydrosoluble extract of MBB were assessed in Balb-c 3T3 cells according to ISO 10993-5 standard. The interaction between cells and MBB surface was evaluated by scanning electron microscopy. The water-soluble MBB extracts were cytotoxic and led to cell death possibly due to its effect on mitochondrial function and membrane permeability. Cells plated directly onto the MBB did not survive, although after dialysis and material conditioning in DMEM + 10 percent FCS, the cells adhered and proliferated onto the material. It may be concluded that, in vitro, water-soluble MBB extracts were cytotoxic. Nevertheless, MBB cytotoxic effect was reverted by dialysis resulting in a material that is suitable for cell based-therapy in the bioengineering field.

O tratamento do osso bovino com peróxidos e agentes caotrópicos visa à obtenção de uma matriz óssea acelular, com manutenção do complexo colágeno-apatita e maior resistência mecânica, denominada osso bovino misto (OBM). O objetivo desse estudo foi avaliar a citocompatitiblidade do osso bovino misto e a interação célula-OBM. Células Balb-c 3T3 foram tratadas com diferentes concentrações do extrato hidrossolúvel do OBM (0,1g por mililitro de meio de cultura sem soro). Foram avaliadas a morfologia e número de células, a capacidade de redução do metil tetrazol e a incorporação de vermelho neutro, de acordo com o padrão ISO 10993-5. A interação células-OBM foi estudada por microscopia eletrônica de varredura. Os extratos hidrosolúveis do OBM levaram à morte celular, possivelmente devido à redução da função mitocondrial e aumento da permeabilidade de membrana. Células plaqueadas diretamente sobre o OBM não sobreviveram. Entretanto, após diálise e condicionamento com DMEM +10 por cento de soro fetal bovino, as células aderiram e proliferaram sobre o material. Com base nos resultados obtidos, concluiu-se que o OBM é citotóxico. A citotoxicidade foi revertida por diálise resultando em um material adequado para terapia celular no campo da bioengenharia.