Fracture resistance of simulated immature teeth reinforced with different mineral aggregate-based materials

Abstract This study assessed the fracture resistance of simulated immature teeth reinforced with calcium aluminate cement (CAC) or mineral trioxide aggregate (MTA) containing calcium carbonate nanoparticles (nano-CaCO3). The microstructural arrangement of the cements and their chemical constitution were also evaluated. Forty-eight canines simulating immature teeth were distributed into 6 groups (n=8): Negative control - no apical plug or root canal filling; CAC - apical plug with CAC; CAC/nano-CaCO3 - apical plug with CAC+5% nano-CaCO3; MTA - apical plug with MTA; MTA/nano-CaCO3 - apical plug with MTA+5% nano-CaCO3; and Positive control - root canal filling with MTA. The fracture resistance was evaluated in a universal testing machine. Samples of the cements were analyzed under Scanning Electron Microscope (SEM) to determine their microstructural arrangement. Chemical analysis of the cements was performed by Energy Dispersive X-ray Spectroscopy (EDS). The fracture resistance of CAC/nano-CaCO3 was significantly higher than the negative control (p<0.05). There was no significant difference among the other groups (p>0.05). Both cements had a more regular microstructure with the addition of nano-CaCO3. MTA samples had more calcium available in soluble forms than CAC. The addition of nano-CaCO3 to CAC increased the fracture resistance of teeth in comparison with the non-reinforced teeth. The microstructure of both cements containing nano-CaCO3 was similar, with a more homogeneous distribution of lamellar- and prismatic-shaped crystals. MTA had more calcium available in soluble forms than CAC.

Resumo Este estudo avaliou a resistência à fratura de dentes imaturos simulados reforçados com cimento de aluminato de cálcio (CAC) ou trióxido agregado mineral (MTA) contendo nanopartículas de carbonato de cálcio (nano-CaCO3). O arranjo microestrutural dos cimentos e sua constituição química também foram avaliados. Quarenta e oito caninos simulando dentes imaturos foram distribuídos em 6 grupos (n=8): Controle negativo - sem plug apical ou obturação do canal radicular; CAC - plug apical com CAC; CAC/nano-CaCO3 - plug apical com CAC + 5% nano-CaCO3; MTA - plug apical com MTA; MTA/nano-CaCO3 - plug apical com MTA + 5% nano-CaCO3; e Controle positivo - obturação dos canais radiculares com MTA. A resistência à fratura foi avaliada em máquina universal de ensaios. Amostras dos cimentos foram analisadas em Microscópio Eletrônico de Varredura (MEV) para determinar seu arranjo microestrutural. A análise química dos cimentos foi realizada por Espectroscopia de Energia Dispersiva de Raio-X (EDS). A resistência à fratura de CAC/nano-CaCO3 foi significativamente maior do que o controle negativo (p<0,05). Não houve diferença significativa entre os outros grupos (p>0,05). Ambos os cimentos apresentaram microestrutura mais regular com a adição de nano-CaCO3. As amostras de MTA apresentaram mais cálcio disponível em formas solúveis do que CAC. A adição de nano-CaCO3 ao CAC aumentou a resistência à fratura dos dentes em comparação aos dentes não reforçados. A microestrutura de ambos os cimentos contendo nano-CaCO3 foi semelhante, com uma distribuição mais homogênea de cristais de formato lamelar e prismático. MTA apresentou mais cálcio disponível nas formas solúveis do que CAC.

Repair of Bone Defects with Chitosan-Collagen Biomembrane and Scaffold Containing Calcium Aluminate Cement

Abstract Innovative biomaterials can provide a promising new direction for the treatment of bone defects, stimulating a proper repair process, with no damage to adjacent tissues. The purpose of this in vivo study was to evaluate the biocompatibility and the osteoinductive capacity of chitosan-collagen biomembrane and scaffold containing calcium aluminate cement. Eighteen New Zealand white rabbits (Oryctolagus cuniculus) were distributed according to the experimental times of analysis (7, 15 and 30 days). Four bone defects were created in the rabbits calvaria, which were individually filled with the biomembrane, scaffold, blood clot (negative control) and autologous bone (positive control). Histopathological analysis was performed using optical microscope at 32´, 64´, 125´ and 320´ magnifications. Cell response to inflammation and new bone tissue formation was quantified using a score system. The biomembrane group presented greater inflammatory response at 15 days, with significant difference to autologous bone group (p<0.05). There was no statistically significant difference for foreign body type reaction among groups (p>0.05). Concerning new bone formation, linear closure of the defect area was observed more evidently in the group with autologous bone. The scaffold group presented similar results compared with the autologous bone group at 30 days (p>0.05). Both tested biomaterials presented similar biocompatibility compared with the control groups. In addition, the biomembrane and scaffold presented similar osteoinductive capacity, stimulating bone repair process in the course of the experimental time intervals.

Resumo Biomateriais inovadores podem fornecer uma promissora nova direção para o tratamento de defeitos ósseos, estimulando um processo de reparo adequado, sem danos aos tecidos adjacentes. O objetivo deste estudo in vivo foi avaliar a biocompatibilidade e a capacidade osteoindutora de uma biomembrana e um scaffold compostos por colágeno e quitosana, contendo cimento de aluminato de cálcio. Dezoito coelhos (New Zealand White, Oryctolagus cuniculus) foram distribuídos de acordo com os períodos experimentais de análise (7, 15 e 30 dias). Quatro defeitos foram criados na calvaria dos coelhos, que foram individualmente preenchidos com a biomembrana, scaffold, coágulo (controle negativo) e osso autólogo (controle positivo). A avaliação histopatológica foi realizada em microscópio óptico em aumentos de 32´, 64´, 125´ e 320´. A resposta celular à inflamação e à formação de novo tecido ósseo foi quantificada utilizando um sistema de escore. O grupo da biomembrana apresentou maior resposta inflamatória no período de 15 dias, com diferença significativa para o grupo do osso autólogo (p<0,05). Não houve diferença estatística significante para a reação do tipo corpo estranho entre os grupos (p>0,05). Em relação à neoformação óssea, observou-se fechamento linear da área do defeito, que foi mais evidente no grupo em que se utilizou o osso autólogo. O grupo scaffold apresentou resultados semelhantes ao grupo do osso autólogo no período de 30 dias (p>0,05). Ambos os biomateriais testados apresentaram biocompatibilidade similar em comparação com os grupos controle. Além disso, a biomembrana e o scaffold apresentaram capacidade osteoindutora similar, estimulando o reparo ósseo ao longo dos intervalos de tempo experimentais.