Biological behavior of magnesium-substituted hydroxyapatite during bone repair / Comportamento biológico de hidroxiapatita substituída com magnésio durante o reparo ósseo

Abstract The aim of this study was to analyze the biological behavior and osteogenic potential of magnesium (Mg) substituted hydroxyapatite (HA) microspheres, implanted in a critical bone defect, considering that this ion is of great clinical interest, since it is closely associated with homeostasis and bone mineralization. For the purpose of this study, 30 rats were used to compose three experimental groups: GI - bone defect filled with HA microspheres; GII - bone defect filled with HA microspheres replaced with Mg; GIII - empty bone defect; evaluated at biological points of 15 and 45 days. The histological results, at 15 days, showed, in all the groups, a discrete chronic inflammatory infiltrate; biomaterials intact and surrounded by connective tissue; and bone neoformation restricted to the borders. At 45 days, in the GI and GII groups, an inflammatory response of discrete granulomatous chronic type was observed, and in the GIII there was a scarce presence of mononuclear inflammatory cells; in GI and GII, the microspheres were seen to be either intact or fragmented, surrounded by fibrous connective tissue rich in blood vessels; and discrete bone neoformation near the edges and surrounding some microspheres. In GIII, the mineralization was limited to the borders and the remaining area was filled by fibrous connective tissue. It was concluded that the biomaterials were biocompatible and osteoconductive, and the percentage of Mg used as replacement ion in the HA did not favor a greater bone neoformation in relation to the HA without the metal.

Resumo O objetivo deste estudo foi analisar o comportamento biológico de microesferas de hidroxiapatita (HA) substituída com magnésio (Mg) durante o reparo de defeito ósseo crítico, tendo em vista que este íon é de grande interesse clínico, pois está intimamente associado à homeostasia e à mineralização óssea. Para tanto, utilizou-se 30 ratos para compor três grupos experimentais: GI - defeito ósseo preenchido com microesferas de HA; GII - defeito ósseo preenchido com microesferas de HA substituída com Mg; GIII (controle) - defeito ósseo vazio; avaliados nos pontos biológicos de 15 e 45 dias. Os resultados histológicos evidenciaram, aos 15 dias, discreto infiltrado inflamatório crônico e neoformação óssea restrita às bordas, em todos os grupos. Nos grupos GI e GII, os biomateriais mantiveram-se íntegros e circundados por tecido conjuntivo frouxo. Aos 45 dias, notou-se resposta inflamatória do tipo crônica granulomatosa discreta nos grupos GI e GII, e no GIII presença escassa de células inflamatórias mononucleares. As microesferas implantadas no GI e GII mantiveram-se, em sua maioria, íntegras e envolvidas por tecido conjuntivo fibroso. Notou-se discreta neoformação óssea próxima às bordas e circunjacente a algumas microesferas. No GIII, a mineralização limitou-se às bordas e a área remanescente foi preenchida por tecido conjuntivo fibroso. Conclui-se que os biomateriais foram biocompatíveis, bioativos, osteocondutores e apresentaram biodegradação lenta, indicando seu grande potencial para em aplicações clínica como biomaterial de preenchimento.

Reparo de defeitos ósseos críticos usando hidroxiapatita sintética ou bovina com ou sem fração mononuclear da medula óssea: análise histomorfométrica e imuno-histoquímica / Repair of critical size bone defects using synthetic or bovine hydroxyapatite with or without bone marrow mononuclear fraction: histomorphometric and immunohistochemical analysis

O presente trabalho teve como objetivo avaliar a regeneração óssea de defeitos ósseos críticos na calvária de ratos com a utilização de enxerto xenógeno Bio-Oss Small ( Bio-Oss® Geistlich Pharma AG, Wolhusen, Suíça) e hidroxiapatita sintética, (Alobone poros Osseocon Biomateriais Ltda., Rio de Janeiro/RJ, Brasil ) puros e enriquecidos com a fração mononuclear medular de célula tronco. Material e métodos: quarenta ratos adultos jovens machos, Sprague Dawley, com doze semanas distribuídos em cinco grupos com oito animais, sendo assim denominados: grupo controle, grupo 1, grupo 2, grupo 3, e grupo 4. Além dos quarenta ratos adultos jovens, mais oito ratos adultos jovens machos, Sprague Dawley, com doze semanas foram utilizados como doadores de medula óssea. Os cinco grupos foram submetidos a defeitos ósseos críticos com trefina de 8 (oito) milímetros de diâmetro, na região temporoparietal. No grupo controle não teve a colocação de biomaterial, no grupo 1 os defeitos críticos foram preenchidos por hidroxiapatita sintética ,0.10 gramas, (Alobone poros Osseocon Biomateriais Ltda., Rio de Janeiro/RJ, Brasil), no grupo 2 foram preenchidos com hidroxiapatita bovina,0,10 gramas, Bio-Oss Small (Bio-Oss® Geistlich Pharma AG, Wolhusen, Suíça), no grupo 3 os defeitos críticos foram preenchidos por hidroxiapatita sintética,0,10 gramas, (Alobone poros Osseocon Biomateriais Ltda, Rio de Janeiro/RJ, Brasil) enriquecida com 300 µl da fração mononuclear medular de células tronco na concentração de 1 x 10 6, obtida dos animais doadores de medula, e no grupo 4 os defeitos críticos foram preenchidos por hidroxiapatita bovina, 0,10 gramas, Bio-Oss Small (Bio-Oss® Geistlich Pharma AG, Wolhusen, Suíça) também enriquecida com 300 µl da fração mononuclear medular de células tronco na concentração de 1 x 10 6, obtida dos animais doadores de medula Após oito semanas, os cinco grupos tiveram todos os animais eutanasiados, por intermédio de overdose anestésica de Pentobarbital (180 mg/ kg intraperitoneal). Os grupos, foram submetidos a análises histomorfométrica, preparados corados com tricrômico de Masson, e técnicas imuno-histoquímica de VEGF e Osteopontina. Não existiu diferença estatisticamente significativa entre os grupos 1, 2, 3 e 4, porém existiu entre o grupo controle e os demais grupos que receberam tratamento para regeneração dos defeitos ósseos críticos.

The present study aimed to evaluate the bone regeneration of critical bone defects in the calvaria of rats using xenogenous grafts, Bio-Oss Small (Bio-Oss® Geistlich Pharma AG, Wolhusen, Switzerland) and synthetic hypooxypatite, (Alobone poros Osseocon Biomateriais Ltda., Rio de Janeiro / RJ, Brazil) pure or enriched with the medullary mononuclear fraction of stem cells, in the material and methods: forty young adult male rats, Sprague Dawley, were used, with twelve weeks distributed in five groups with eight animals, being thus named: control group, group 1, group 2, group 3, and group 4. In addition to the forty young adult rats, eight more animals were used as bone marrow donors. The Five groups were submitted to critical size bone defects with 8 (eight) millimeter diameter trephine, in the temporoparietal region. In the control group there was no biomaterial placement, in group 1 the critical size bone defects were filled with synthetic hydroxyapatite, 0,10 grams, (Alobone poros Osseocon Biomateriais Ltda., Rio de Janeiro / RJ, Brazil), in group 2 they were filled with bovine hydroxyapatite,0,10gramas, Bio-Oss Small (Bio-Oss® Geistlich Pharma AG, Wolhusen, Switzerland), in group 3 the critical size bone defects were filled with synthetic hydroxyapatite,0,10 grams, (Alobone poros Osseocon Biomateriais Ltda., Rio de Janeiro / RJ, Brazil) enriched with 300 µl of BMMF containing 1x106 cells, obtained from bone marrow donors animals, and in group 4 the critical size bone defects were filled with bovine hydroxyapatite, 0,10 grams Bio-Oss Small (Bio-Oss® Geistlich Pharma AG, Wolhusen, Switzerland) enriched with 300 µl of BMMF containing 1x106 cells, obtained from bone marrow donors animals. After eight weeks, all five of animals were euthanized by Pentobarbital anesthetic overdose (180 mg / kg intraperitoneal). The groups were submitted to histomorphometric analysis, using Masson's trichrome Stain, and immunohistochemical techniques of VEGF and Osteopontin. There was no statistically significant difference among groups 1, 2, 3 and 4, but it did exist with the control group and the other groups that received treatment for the regeneration of critical bone defects.

Biological behavior of magnesium-substituted hydroxyapatite during bone repair

Abstract The aim of this study was to analyze the biological behavior and osteogenic potential of magnesium (Mg) substituted hydroxyapatite (HA) microspheres, implanted in a critical bone defect, considering that this ion is of great clinical interest, since it is closely associated with homeostasis and bone mineralization. For the purpose of this study, 30 rats were used to compose three experimental groups: GI - bone defect filled with HA microspheres; GII - bone defect filled with HA microspheres replaced with Mg; GIII - empty bone defect; evaluated at biological points of 15 and 45 days. The histological results, at 15 days, showed, in all the groups, a discrete chronic inflammatory infiltrate; biomaterials intact and surrounded by connective tissue; and bone neoformation restricted to the borders. At 45 days, in the GI and GII groups, an inflammatory response of discrete granulomatous chronic type was observed, and in the GIII there was a scarce presence of mononuclear inflammatory cells; in GI and GII, the microspheres were seen to be either intact or fragmented, surrounded by fibrous connective tissue rich in blood vessels; and discrete bone neoformation near the edges and surrounding some microspheres. In GIII, the mineralization was limited to the borders and the remaining area was filled by fibrous connective tissue. It was concluded that the biomaterials were biocompatible and osteoconductive, and the percentage of Mg used as replacement ion in the HA did not favor a greater bone neoformation in relation to the HA without the metal.

Resumo O objetivo deste estudo foi analisar o comportamento biológico de microesferas de hidroxiapatita (HA) substituída com magnésio (Mg) durante o reparo de defeito ósseo crítico, tendo em vista que este íon é de grande interesse clínico, pois está intimamente associado à homeostasia e à mineralização óssea. Para tanto, utilizou-se 30 ratos para compor três grupos experimentais: GI - defeito ósseo preenchido com microesferas de HA; GII - defeito ósseo preenchido com microesferas de HA substituída com Mg; GIII (controle) - defeito ósseo vazio; avaliados nos pontos biológicos de 15 e 45 dias. Os resultados histológicos evidenciaram, aos 15 dias, discreto infiltrado inflamatório crônico e neoformação óssea restrita às bordas, em todos os grupos. Nos grupos GI e GII, os biomateriais mantiveram-se íntegros e circundados por tecido conjuntivo frouxo. Aos 45 dias, notou-se resposta inflamatória do tipo crônica granulomatosa discreta nos grupos GI e GII, e no GIII presença escassa de células inflamatórias mononucleares. As microesferas implantadas no GI e GII mantiveram-se, em sua maioria, íntegras e envolvidas por tecido conjuntivo fibroso. Notou-se discreta neoformação óssea próxima às bordas e circunjacente a algumas microesferas. No GIII, a mineralização limitou-se às bordas e a área remanescente foi preenchida por tecido conjuntivo fibroso. Conclui-se que os biomateriais foram biocompatíveis, bioativos, osteocondutores e apresentaram biodegradação lenta, indicando seu grande potencial para em aplicações clínica como biomaterial de preenchimento.