Use of calcium phosphate cement scaffolds for bone tissue engineering: in vitro study / A utilizacao do cimento de fosfato de calcio como arcabouco para engenharia de tecido osseo: estudo in vitro

Purpose: To evaluate the ability of macroporous tricalcium phosphate cement (CPC) scaffolds to enable the adhesion, proliferation, and differentiation of mesenchymal stem cells derived from human bone marrow. Methods: Cells from the iliac crest of an adult human donor were processed and cultured on macroporous CPC discs. Paraffin spheres sized between 100 and 250µm were used as porogens. Cells were cultured for 5, 10, and 15 days. Next, we assessed cells' behavior and morphology on the biomaterial by scanning electron microscopy. The expression levels of the BGLA and SSP1 genes and the alkaline phosphatase (ALP) activity were quantified by the quantitative real-time polymerase chain reaction technique (QT-PCR) using the fluorophore SYBR GREEN®. Results: QT-PCR detected the expression of the BGLA and SSP1 genes and the ALP activity in the periods of 10 and 15 days of culture. Thus, we found out that there was cell proliferation and differentiation in osteogenic cells. Conclusion: Macroporous CPC, with pore sized between 100 and 250µm and developed using paraffin spheres, enables adhesion, proliferation, and differentiation of mesenchymal stem cells in osteogenic cells and can be used as a scaffold for bone tissue engineering.(AU)

Objetivo: Avaliar a capacidade de suportes tridimensionais macroporosos de cimento de fosfato de calcio (CFC), de permitir a adesao, proliferacao e diferenciacao de celulas-tronco mesenquimais derivadas da medula ossea humana. Metodos: celulas obtidas da crista iliaca de um doador humano adulto foram processadas e cultivadas sobre suportes de CFC, macroporosos, que tiveram como corpo gerador de poros, microesferas de parafina, com tamanho entre 100 e 250µm. Os periodos de cultura estabelecidos foram de cinco, 10 e 15 dias. Apos estes periodos, o comportamento e a morfologia das celulas junto ao biomaterial foram avaliados por meio de Microscopia Eletronica de Varredura. Os niveis de expressao dos genes BGLA e SSP1 bem como a atividade da Fosfatase Alcalina (ALP) foram quantificados pela tecnica de PCR em Tempo Real (QT-PCR) utilizando o fluoroforo SYBR Green®. Resultados: O QT-PCR detectou a expressao dos genes BGLA e SSP1 e a atividade da fosfatase alcalina nos periodos de 10 e 15 dias de cultura. No periodo de cinco dias, nao foi observada a expressao de nenhum dos genes investigados. Conclusao: O CFC, macroporoso, com tamanho de poros entre 100 e 250µm, criados por meio da utilizacao de microesferas de parafina, permite a adesao, proliferacao e diferenciacao de celulas-tronco mesenquimais em celulas osteogenicas, podendo ser utilizado como arcabouco para engenharia de tecido osseo.(AU)

Evaluation of optical density of bone defects filled with calcium phosphate cement and bioactive glass in rats / Avaliacao da densidade optica de cavidades osseas preenchidas com cimento de fosfato de calcio e vidro bioativo em ratos

Purpose: To evaluate new bone formation, by the analysis of optical density, in rat femoral defects filled with calcium phosphate cement (CPC) and bioactive glass (BG). Methods: Twenty-one rats were divided into three groups, Group I (CPC), Group II (BG), and Group III (control), and assessed after 7, 15, and 30 days. Three bone cavities were made in the left femur and filled with CPC, BG, and no material (control). Digital images were obtained and the results were subjected to statistical analysis of variance (ANOVA), complemented by the Friedman and Kruskal-Wallis nonparametric tests, with a significance level of 5 percent. Results: Regarding optical density, Group I showed statistical values significantly higher than Group III and also higher, although not statistically significant, than Group II, in all observation periods. When Groups II and III were compared, Group II showed higher optical density values, without statistically significant differences, in all periods. Conclusion: The biomaterials analyzed showed higher optical density in relation to the control group in all observation periods, calcium phosphate cement being the best option in the repair of bone defects, but without statistically significant differences in relation to bioactive glass.(AU)

Objetivo: Avaliar a neoformacao ossea, por meio da analise de densidade optica, em cavidades em ratos preenchidas com cimento de fosfato de calcio (CFC) e vidro bioativo (VB). Metodos: Utilizou-se 21 ratos distribuidos em tres grupos, sendo Grupo I (CFC), Grupo II (VB) e Grupo III (controle) avaliados em 07, 15 e 30 dias. Foram realizadas tres cavidades, junto ao femur esquerdo e preenchidas com CFC, VB e sem material (controle). Realizaram-se radiografias digitais e os resultados foram submetidos a analise estatistica de variancia (ANOVA), complementada atraves dos testes nao-parametricos de Friedman e Kruskal-Wallis, com niveis de significancia de 5 por cento. Resultados: Comparando a densidade optica o Grupo I apresentou valores estatisticos significativamente maiores que o Grupo III, e tambem apresenta valores maiores, sem diferenca estatistica significativa, em todos os periodos, quando comparado ao Grupo II. Quando comparamos o Grupo II com o Grupo III, o Grupo II apresenta valores maiores de densidade optica, sem diferenca estatistica significativa, em todos os periodos. Conclusao: Observou-se maior densidade optica dos biomateriais em relacao ao grupo controle em todos os periodos avaliados, sendo o cimento de fosfato de calcio a melhor opcao para restauracao de cavidades osseas, porem sem diferencas estatisticamente significantes em relacao ao vidro bioativo.(AU)

Cimento de alfa-tricálcio-fosfato na reconstrução de defeitos ósseos em ratos / Alpha-tricalcium phosphate cement in the reconstruction of bone defects in rats

PURPOSE: To evaluate the ability of a mixture of α-TCP and autogenous bone (AB) vs. α-TCP alone and AB alone to promote new bone formation and tissue repair in bone defects. METHODS: Bone defects surgically created in 15 male Wistar rats were divided into four groups: Group I (AB), Group II (α-TCP), Group III (α-TCP+AB assessed by light microscopy), and Group IV (α-TCP+AB assessed by scanning electron microscopy). Bone repair findings were assessed at 30, 60, and 120 days postoperatively. RESULTS: The histological findings obtained in Groups I (p=0.459), II (p=0.368), and III (p=0.459) and at 30 days (p=0.717), 60 days (p=0.717), and 120 days (p=0.779) did not show statistically significant differences. Scanning electron microscopy revealed direct contact between the α-TCP+AB implant and the bone tissue at 120 days. CONCLUSION: The α-TCP implant is effective alternative bone substitutes for the treatment of critical size bone defects.(AU)

OBJETIVO: Avaliar a capacidade da mistura de α-TCP e osso autógeno (OA) Vs somente α-TCP e somente OA em promover a neoformação óssea e reparo tecidual em defeitos ósseos. MÉTODOS: Foram criados cirurgicamente defeitos ósseos em 15 ratos Wistar machos, distribuídos em quatro grupos: Grupo I (OA), Grupo II (α-TCP), Grupo III (α-TCP + OA avaliado por microscopia de luz) e Grupo IV (α-TCP + OA avaliado por microscopia eletrônica de varredura). Os resultados da reparação óssea foram avaliados em 30, 60 e 120 dias. RESULTADOS:os achados histológicos obtidos nos grupos I (p = 0,459), II (p = 0,368) e III (p = 0,459) e aos 30 dias (p = 0,717), 60 dias (p = 0,717), e 120 dias (p = 0,779) não apresentaram diferenças estatisticamente significativas. A análise por microscopia eletrônica de varredura revelou contacto direto entre o implante de α-TCP + AO e o tecido ósseo aos 120 dias. CONCLUSÃO: O implante de α-TCP é alternativa eficaz como substitutos ósseos para o tratamento de defeitos ósseos de tamanho crítico.(AU)

Effect of titanium surface roughness on human bone marrow cell proliferation and differentiation: an experimental study / Efeito da rugosidade de superfície de discos de titânio sobre a proliferação e diferenciação de células de medula óssea humana: estudo experimental

PURPOSE: To assess the proliferation and differentiation of human bone marrow-derived cells cultured on titanium surfaces with different roughness characteristics. METHODS: Cells obtained from the iliac crest of an adult human donor were routinely processed and cultured on titanium surfaces of varying roughness, according to their preparation method: polishing only (smooth surface) and polishing followed by etching with HF/HNO3 for 15 and 30 minutes (rough surfaces). Surfaces were assessed using scanning electronic microscopy and profilometry. RESULTS: Titanium disks etched with acid for 15 minutes allowed greater cell proliferation in all culture periods. The level of osteopontin and osteocalcin expression was increased in both acid-etched groups, which indicates an advanced stage of differentiation of cells into osteoblasts. CONCLUSIONS: Increased surface roughness accelerates the differentiation of undifferentiated mesenchymal cells into osteogenic lineage cells, but does not necessarily favor cell proliferation. An intermediate surface roughness of 0.5µm (acid etching for 15 minutes) favors both initial and final cell responses.(AU)

OBJETIVO: Avaliar a proliferação e diferenciação de células derivadas da medula óssea humana sobre superfícies de titânio com diferentes rugosidades de superfície. MÉTODOS: Células obtidas da crista ilíaca de um doador humano adulto foram rotineiramente processadas e cultivadas sobre superfícies de titânio preparadas através de polimento apenas, ou polimento seguido de condicionamento com HF/HNO3 por 15 e 30 minutos, para produzir superfícies com rugosidades variadas, conforme determinado por Microscopia Eletrônica de Varredura e perfilometria. RESULTADOS: Discos de titânio condicionados com ácido por 15 minutos permitiram maior proliferação celular em todos os períodos de cultura. O nível de expressão das proteínas osteopontina e osteocalcina estava aumentado em ambos os grupos condicionados com ácido, indicando que as células estavam comprometidas com o fenótipo osteogênico. CONCLUSÕES: O aumento na rugosidade de superfície acelera a diferenciação de células mesenquimais indiferenciadas em células de linhagem osteogênica, mas não necessariamente favorece a proliferação celular. Uma superfície com rugosidade intermediária de 0,5µm (condicionada com ácido por 15 minutos) favorece tanto as respostas celulares iniciais quanto as finais.(AU)