Repair of Surgical Bone Defects Grafted with Hydroxylapatite + ß-TCP and Irradiated with λ=850 nm LED Light

ABSTRACT

The treatment of bone loss due to different etiologic factors is difficult and many techniques aim to improve the repair, including a wide range of biomaterials and recently, photobioengineering. This work aimed to assess by histological analysis the repair of bone defects grafted with biphasic synthetic micro-granular HA + β-TCP associated with LED phototherapy. Forty rats were divided into 4 groups (Clot, LED, Biomaterial and LED + Biomaterial) each subdivided into 2 subgroups according to the time of animal death (15 and 30 days). Surgical bone defects were prepared on the femur of each animal with a trephine drill. In animals of the Clot group the defect was filled only by blood clot, in the LED group the defect filled with the clot was further irradiated. In the animals of Biomaterial and LED + Biomaterial groups the defect was filled by biomaterial and the last one was further irradiated (λ=850±10 nm, 150 mW, Φ ~ 0.5 cm2, 20 J/cm2 - session, 140 J/cm2- treatment) at 48-h intervals for 2 weeks. Following animal death, samples were taken and analyzed by light microscopy. Using the degree of maturation of the bone by assessment of the deposition/organization of the basophilic lines in the newly formed bone tissue, the LED + Biomaterial group was the one in a more advanced stage of bone repair process at the end of the experiment. It may be concluded that the use of LED phototherapy was effective in positively modulating the process of bone repair of bone defects in the femur of rats submitted or not to biomaterial grafting.

RESUMO

O tratamento de perdas ósseas devido a diferentes fatores etiológicos é difícil e muitas técnicas têm por objetivo melhorar o reparo incluindo o uso de uma ampla gama de biomateriais e, recentemente, a fotobioengenharia. Este trabalho teve como objetivo avaliar, por meio de análise histológica, o reparo de defeitos ósseos enxertados com HA bifásica micro-granular sintética + β -TCP associada à fototerapia LED. Quarenta ratos foram divididos em quatro grupos (Clot, LED, Biomaterial e LED + Biomaterial), subdivididos no dois subgrupos de acordo com o momento da morte (15 e 30 dias). Defeitos ósseos cirúrgicos foram criados em um fêmur de cada animal com uma broca trefina. Em animais do grupo coágulo, o defeito foi preenchido apenas pelo coágulo sanguíneo, no grupo de LED o defeito foi preenchido pelo coágulo e irradiado. Nos animais dos grupos do biomaterial e LED + biomaterial, os defeitos foram preenchidos com biomaterial e o último foi adicionalmente irradiado (λ=850±10 nm, 150 mW, Φ ~ 0.5 cm2, 20 J/cm2 - session, 140 J/cm2 -tratamento) a cada 48 h por duas semanas. Após a morte dos animais, amostras foram colhidas e analisadas por microscopia de luz, usando o grau de maturação do osso como marcador (deposição/organização das linhas basofílicas) no tecido ósseo neoformado. O grupo de LED + biomaterial apresentou processo de reparação mais avançado ao fim do experimento. Pode-se concluir que o uso da fototerapia LED foi eficaz na modulação positiva do processo de reparo ósseo de defeitos ósseos no fêmur de ratos submetidos ou não a enxerto com biomaterial.