Importance of preclinical evaluation of wear in hip implant designs using simulator machines.

Total hip arthroplasty (THA) is a surgical procedure that involves the replacement of the damaged joint of the hip by an artificial device. Despite the recognized clinical success of hip implants, wear of the articulating surfaces remains as one of the critical issues influencing performance. Common material combinations used in hip designs comprise metal-on-polymer (MoP), ceramic-on-polymer (CoP), metal-on-metal (MoM), and ceramic-on-ceramic (CoC). However, when the design of the hip implant is concerned besides the materials used, several parameters can influence its wear performance. In this scenario, where the safety and efficacy for the patient are the main issues, it is fundamental to evaluate and predict the wear rate of the hip implant design before its use in THA. This is one of the issues that should be taken into account in the preclinical evaluation step of the product, in which simulated laboratory tests are necessary. However, it is fundamental that the applied motions and loads can reproduce the wear mechanisms physiologically observed in the patient. To replicate the in vivo angular displacements and loadings, special machines known as joint simulators are employed. This article focuses on the main characteristics related to the wear simulation of hip implants using mechanical simulators, giving information to surgeons, researchers, regulatory bodies, etc., about the importance of preclinical wear evaluation. A critical analysis is performed on the differences in the principles of operation of simulators and their effects on the final results, and about future trends in wear simulation.

A artroplastia total do quadril (ATQ) é um procedimento cirúrgico que envolve a substituição da articulação danificada por um dispositivo artificial. Apesar do reconhecido sucesso clínico dos implantes de quadril, o desgaste das superfícies articulares ainda é uma das questões críticas que influenciam o desempenho. As combinações de materiais comuns usadas nas próteses incluem metal sobre polímero (MsP), cerâmica sobre polímero (CsP), metal sobre metal (MsM) e cerâmica sobre cerâmica (CsC). No entanto, em relação ao desenho do implante de quadril, além dos materiais utilizados, vários parâmetros podem influenciar o seu desgaste. Neste cenário, onde a segurança e eficácia para o paciente são as principais questões, é fundamental avaliar e prever a taxa de desgaste do modelo de implante de quadril antes de sua utilização em ATQ. Esta é uma das questões que devem ser levadas em conta na etapa de avaliação pré-clínica do produto, na qual testes de simulação em laboratórios são necessários. No entanto, é fundamental que os movimentos e cargas aplicados possam reproduzir os mecanismos de desgaste fisiologicamente observados no paciente. Máquinas especiais, conhecidas como simuladores de articulação, são utilizadas pra replicar os deslocamentos angulares e cargas in vivo. Este artigo enfoca as principais características relacionadas à simulação de desgaste de implantes de quadril por meio de simuladores mecânicos, fornecendo informações a cirurgiões, pesquisadores e órgãos reguladores, dentre outros, sobre a importância da avaliação pré-clínica do desgaste. Foi feita análise crítica sobre as diferenças nos princípios de funcionamento dos simuladores e seus efeitos nos resultados finais, bem como sobre as tendências futuras na simulação de desgaste.

Importance of preclinical evaluation of wear in hip implant designs using simulator machines / Importância da avaliação pré-clínica do desgaste em projetos de implantes de quadril usando máquinas simuladoras

ABSTRACT Total hip arthroplasty (THA) is a surgical procedure that involves the replacement of the damaged joint of the hip by an artificial device. Despite the recognized clinical success of hip implants, wear of the articulating surfaces remains as one of the critical issues influencing performance. Common material combinations used in hip designs comprise metal-on-polymer (MoP), ceramic-on-polymer (CoP), metal-on-metal (MoM), and ceramic-on-ceramic (CoC). However, when the design of the hip implant is concerned besides the materials used, several parameters can influence its wear performance. In this scenario, where the safety and efficacy for the patient are the main issues, it is fundamental to evaluate and predict the wear rate of the hip implant design before its use in THA. This is one of the issues that should be taken into account in the preclinical evaluation step of the product, in which simulated laboratory tests are necessary. However, it is fundamental that the applied motions and loads can reproduce the wear mechanisms physiologically observed in the patient. To replicate the in vivo angular displacements and loadings, special machines known as joint simulators are employed. This article focuses on the main characteristics related to the wear simulation of hip implants using mechanical simulators, giving information to surgeons, researchers, regulatory bodies, etc., about the importance of preclinical wear evaluation. A critical analysis is performed on the differences in the principles of operation of simulators and their effects on the final results, and about future trends in wear simulation.

RESUMO A artroplastia total do quadril (ATQ) é um procedimento cirúrgico que envolve a substituição da articulação danificada por um dispositivo artificial. Apesar do reconhecido sucesso clínico dos implantes de quadril, o desgaste das superfícies articulares ainda é uma das questões críticas que influenciam o seu desempenho. As combinações mais comuns de materiais usadas nas próteses incluem metal-polímero (M-P), cerâmica-polímero (C-P), metal-metal (M-M) e cerâmica-cerâmica (C-C). No entanto, em relação ao projeto do implante de quadril, além dos materiais usados, vários parâmetros podem influenciar o seu desgaste. Nesse cenário, no qual a segurança e eficácia para o paciente são as principais questões, é fundamental avaliar e prever a taxa de desgaste do modelo de implante de quadril antes de seu uso em ATQ. Essa é uma das questões que devem ser levadas em conta na etapa de avaliação pré-clínica do produto, na qual testes de simulação em laboratórios são necessários. No entanto, é fundamental que os movimentos e as cargas aplicados possam reproduzir os mecanismos de desgaste fisiologicamente observados no paciente. Máquinas especiais, conhecidas como simuladores de articulação, são usadas para reproduzir os deslocamentos angulares e as cargas in vivo. Este artigo enfoca as principais características relacionadas à simulação de desgaste de implantes de quadril por meio de simuladores mecânicos, fornece informações a cirurgiões, pesquisadores e órgãos reguladores, dentre outros, sobre a importância da avaliação pré-clínica do desgaste. Foi feita análise crítica sobre as diferenças nos princípios de funcionamento dos simuladores e seus efeitos nos resultados finais, bem como sobre as tendências futuras na simulação de desgaste.

The addition of nanostructured hydroxyapatite to an experimental adhesive resin.

OBJECTIVES: Was produced nanostructured hydroxyapatite (HAnano) and evaluated the influence of its incorporation in an adhesive resin. METHODS: HAnano was produced by a flame-based process and was characterized by scanning electron microscopy. The surface area, particle size, micro-Raman and cytotoxicity were evaluated. The organic phase was formulated by mixing 50 wt.% Bis-GMA, 25 wt.% TEGDMA, and 25 wt.% HEMA. HAnano was added at seven different concentrations: 0; 0.5; 1; 2; 5; 10 and 20 wt.%. Adhesive resins with hydroxyapatite incorporation were evaluated for their radiopacity, degree of conversion, flexural strength, softening in solvent and microshear bond strength. The data were analyzed by one-way ANOVA and Tukey's post hoc test (α=0.05), except for softening in solvent (paired t-test) and cytotoxicity (two-way ANOVA and Bonferroni). RESULTS: HAnano presented 15.096 m(2)/g of specific surface area and a mean size of 26.7 nm. The radiopacity values were not different from those of 1-mm aluminium. The degree of conversion ranged from 52.2 to 63.8%. The incorporation of HAnano did not influence the flexural strength, which ranged from 123.3 to 143.4MPa. The percentage of reduction of the microhardness after immersion in the solvent became lower as the HAnano concentration increased. The addition of 2% nanostructured hydroxyapatite resulted in a higher value of microshear bond strength than the control group (p<0.05). CONCLUSIONS: The incorporation of 2% of nanostructured hydroxyapatite into an adhesive resin presented the best results. CLINICAL SIGNIFICANCE: The incorporation of nanostructured hydroxyapatite increases the adhesive properties and may be a promising filler for adhesive resin.