Desenvolvimento, caracterização física e química e análise de propriedades osteogênicas de cimento ósseo poroso à base de PMMA contendo estrôncio

• Autor(a) principal: Tomazela, Larissa
• Data de Publicação: 2020
• Tipo de documento: Dissertação
• Idioma: por
• Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP
• Texto Completo: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/59/59138/tde-28072020-084748/
• topic: Bone substitute; Cimento ósseo poroso; Hidroxiapatita substituída; Liberação Sr2+; Osteointegração; Osteointegration; Polimetilmetacrilato (PMMA); Polymethylmethacrylate (PMMA); Porous bone cement; Sr2+ release; Substituted hydroxyapatite; Substituto ósseo

Há mais de 50 anos cimentos ósseos à base de polimetilmetacrilato (PMMA) vêm sendo utilizados em ortopedia na fixação de implantes metálicos ou como substitutos ósseos devido a sua excelente biocompatibilidade, baixo custo, moldabilidade e estabilidade mecânica logo após a implantação. Apesar de suas inúmeras vantagens e amplo uso, muitos estudos reportam soltura asséptica deste implante após implantação. De fato, os cimentos ósseos à base de PMMA não são bioativos, o que ocasiona a formação de uma camada de tecido fibroso ao redor do implante e consequentemente sua soltura. Além disso, durante a polimerização esse material pode atingir temperaturas altas o suficiente para ocasionar necrose em tecidos adjacentes. Finalmente, sua resistência superior à de ossos trabeculares pode diminuir a remodelação e densidade óssea, levando ao enfraquecimento deste tecido. Nesse sentido, pesquisas intensas vêm sendo realizadas visando melhorar as propriedades mecânicas, térmicas e biológicas deste material. Com este fim, este estudo propôs o desenvolvimento de um cimento ósseo poroso à base de PMMA carregado com nanopartículas de hidroxiapatita substituída por Sr2+ (nomeado Ca-Sr-HA). Esse material cerâmico apresenta conhecida bioatividade, e íons Sr2+ são conhecidos por regular a atividade de osteoblastos e osteoclastos. Ainda, a adição de poros ao material pode diminuir sua resistência para valores mais próximos do osso e fornecer a microarquitetura necessária para vascularização, adesão e proliferação celular, e consequentemente, crescimento de tecido ósseo no bulk e na interface cimento-osso. A princípio, hidroxiapatita substituída por diferentes porcentagens molares de Sr2+ (0-100% Sr2+) foi sintetizada e tratada termicamente a 600°C para posterior incorporação nos cimentos de PMMA. Os padrões de difração de raios-X (DRX) evidenciaram picos relacionados à HA para 0% de Sr2+ com conversão total para fase pura indexada estrôncio apatita em 100% Sr2+. O maior conteúdo de íons Sr2+ na estrutura cristalina da HA ocasionou aumento nos parâmetros de rede e na distância interplanar deste mineral como resultado do maior tamanho do íon, assim como evidenciado por DRX. Adicionalmente, essas nanopartículas apresentaram morfologia esférica com valores negativos de potencial zeta para todas as porcentagens molares de Sr2+, o que pode estimular maior adesão de proteínas e melhor proliferação celular. Após a incorporação de Ca-Sr-HA na matriz de PMMA, imagens de MEV e microtomografia computadorizada (micro-CT) mostraram que as partículas estavam localizadas preferencialmente na superfície dos poros o que permitiu que a matriz atuasse na liberação controlada de Sr2+ em PBS e meio de cultura, em concentrações variando de 20 a 210 mg/L. Essa ampla faixa de concentração está dentro da faixa terapêutica desses íons para o tratamento de osteoporose. Ainda, a análise por micro-CT confirmou a porosidade aberta e a interconectividade dos poros, características essenciais para a nutrição, proliferação e migração celular. Os testes biomecânicos do cimento evidenciaram módulo de Young comparável ao osso esponjoso, indicando que este material imita as propriedades mecânicas desse tecido, reduzindo o risco de fraturas nos ossos adjacentes e o afrouxamento asséptico pela formação da camada de tecido fibroso. Ainda, o tempo de cura e a temperatura de polimerização não foram alterados pela presença de partículas e estavam de acordo com as exigências da ISO 5833. Aumento na bioatividade in vitro na presença de maiores quantidades de íon Sr2+ foi revelada pela formação de uma camada de apatita na superfície do cimento após a exposição ao fluido corporal simulado. Finalmente e mais interessante, as amostras não mostraram efeitos de citotoxicidade em culturas de osteoblastos e tendência no aumento da proliferação celular com aumento da concentração de Sr2+ liberado foi observada. Esse conjunto de dados confirma que esses materiais podem ser potencialmente aplicados como substitutos ósseos.