Avaliação in vitro e in vivo de superfícies de titânio revestidas com vidro bioativo / In vitro and in vivo evaluation of a bioactive titanium surface modified by bioglass coating

RESUMO

Objetivo: Esse estudo experimental in vitro e in vivo testou a capacidade de osseoindução de uma nova superfície de titânio nanoestruturada revestida com vidro bioativo contendo fosfato de cálcio. Metodologia: A rugosidade superficial foi avaliada por microscopia de força atômica utilizando 9 corpos de prova dos três diferentes grupos titânio microtexturizado (Ticp) e revestidos com vidro bioativo e secos nas temperaturas de 370 C (BGTi37) ou 6000 C (BGTi600). Células osteoblásticas primárias obtidas das calvárias de ratos neonatos foram cultivadas in vitro em meio α-MEM suplementado em contato ou não (controle) com discos de titânio microtexturizado (Ticp) e revestidos (BGTi37 e BGTi600). A viabilidade celular e produção de fosfatase alcalina foram avaliadas após 7 dias de cultura e a mineralização após 14 dias de cultura. Os dados foram submetidos a análise de variância (ANOVA) seguido pelo teste de Tukey, com nível de significância de 5%. A morfologia dos osteoblastos em contato com as três superfícies foi avaliado por microscopia eletrônica de varredura após 7 e 14 dias. Quatorze parafusos de titânio microtexturizados (Ticp -controle) e quatorze parafusos experimentais revestidos com vidro bioativo e secos à 370 C (BGTi37) foram instalados aleatoriamente nas tíbias de 14 ratos Wistar. Os animais foram eutanasiados após 14 e 28 dias e suas tíbias preparadas e analisadas por microtomografia computadorizada. Resultados: O grupo Ticp apresentou a maior rugosidade média(129,6 nm), seguido do grupo BGTi600 (91,85 nm), que foram estatisticamente semelhantes. O grupo BGTi37 apresentou a menor rugosidade(74,51 nm), sendo significativamente menor do que os outros dois grupos. A proporção de células viáveis, a produção de fosfatase alcalina e a mineralização do grupo BGTi600 foi significativamente menor do que as do grupo controle e do Ticp. Para os demais grupos (BGTi37, Ticp e controle),a proporção de células viáveis, produção de fosfatase alcalina e mineralização foram semelhantes. O número de osteoblastos em contato com todas as superfícies foi maior no período de 14 dias comparado ao período de 7 dias. A maior quantidade de osteoblastos foi observada em contato com a superfície de Ticp e a menor quantidade em contato com a superfície de BGTi600. Os osteoblastos em contato com a superfície Ticp apresentaram-se com morfologia poligonal e maiores do que os dos grupos BGTi37 e BGTi600, que apresentam-se com morfologia mais alongada, mais notadamente no grupo BGTi600. A quantidade de prolongamentos citoplasmáticos, junções intercelulares e vesículas observadas nos espécimes do grupo BGTi600 foi notadamente menor do que nos grupos Ticp e BGTi37. Os parâmetros avaliados por microtomografia computadorizada da cortical e da medular ósseas em torno dos parafusos experimentais (BGTi37) e controles (Ticp) foram estatisticamente semelhantes. Conclusões: A superfície BGTi37 apresentou comportamento biológico semelhante à uma superfície de titânio microtexturizada (Ticp), com ótimos resultados de longo prazo já consolidados na literatura. Fato bastante promissor, considerando as possibilidades de aprimoramento dessa superfície experimental em futuros estudos.

ABSTRACT

Objectives: This experimental in vitro and in vivo study tested the osteoinduction ability of a new nanostructured titanium surface coated with bioglass with calcium phosphate. Methods: Surface roughness was evaluated by atomic force microscopy using 9 specimens of three groups sandblasting and acid etching commercially pure titanium (cpTi) and bioglass coated dried at temperatures of 370 C (BGTi37) or 6000 C (BGTi600). Rat calvarial osteogenic cells were cultured in supplemented α-MEM medium in contact or not (control) with sandblasting and acid etching (SLA) commercially pure titanium discs (cpTi) and bioglass coated (BGTi37 and BGTi600). Cell viability and alkaline phosphatase (ALP) activity were measured after 7 days of culture. The mineralization was assessed after 14 days of culture. The data were compared by analysis of variance (ANOVA) complemented by Tukey test. The level of significance was 5%. Scanning electron microscopy after 7 and 14 days assessed osteoblasts morphology in contact with the three surfaces. Fourteen SLA commercially pure titanium screws (cpTi -control) and fourteen experimental screws bioglass coated dried at temperatures of 370 C (BGTi37) were randomly placed into 14 male Wistar rats' tibiae. The animals were sacrificed after 14 and 28 days and their tibias processed for micro-CT analysis. Results: The cpTi group (129.6 nm) showed the highest average roughness, followed by BGTi600 group (91.85 nm), which were statistically similar. The BGTi37 group (74.51 nm) showed the lowest surface roughness compared to the other two groups. Cell viability, ALP activity and mineralization of BGTi600 group were significantly lower than the control and cpTi groups. BGTi37, cpTi and control groups showed no significant differences in cell viability, ALP activity and mineralization. The number of cells in contact with all surfaces was higher in 14 days compared to 7 days. Higher amount of osteoblasts was observed in contact with the cpTi surface and the smaller amount in contact with the BGTi600 surface. Osteoblasts in contact to cpTi surface showed a flat polygonal shape and were larger than the BGTi37 and BGTi600 groups, which presented with a sharper morphology, most notably in the BGTi600 group. The number of cytoplasmic processes, intercellular junctions and vesicles observed in specimens of BGTi600 group was markedly lower than in cpTi and BGTi37 groups. The micro-CT parameters of the cortical and trabecular bone around the experimental (BGTi37) and controls (Ticp) screws presented no statistical differences. Conclusions: The BGTi37 surface showed biological behavior similar to a SLA titanium surface (cpTi), with excellent long-term results already established in the literature. A very promising fact, considering the improvement possibilities of this experimental surface in future studies