As metaloproteinases da matriz (MMPs) são enzimas proteolíticas dependentes de zinco que degradam componentes da matriz extracelular, facilitando a remodelação tecidual e a migração celular. MMPs secretadas por osteoclastos exercem papel central na absorção óssea fisiológica e estão também associadas a processos de degradação patológica do osso. No entanto, o papel essencialmente degradador de osso das MMPs, particularmente da MMP-2, vem sendo questionado em anos recentes por estudos que evidenciam sua importância na diferenciação de células da linhagem osteoblástica e na formação de tecido ósseo em cultura. Neste sentido, é possível que a MMP-2 exerça um papel importante na formação de tecido ósseo em processo de reparação. O objetivo do presente trabalho foi investigar a pretensa ação osteo-estimulatória da rhMMP-2 ligada à monoleína (usada como carreador) implantada em defeito confeccionado na calvária de ratos. Foram confeccionados defeitos ósseos unilaterais de 4 mm de diâmetro na calvária de ratos adultos; nos animais controles o defeito ósseo foi mantido com o preenchimento natural de coágulo sanguíneo e nos animais implantados o defeito foi preenchido com monoleína ou com rhMMP-2 ligada à monoleína. Os animais foram eutanasiados após 2 e 4 semanas e a taxa de neoformação óssea foi estimada em cortes histológicos por um método histométrico de contagem diferencial de pontos. A taxa de neoformação óssea foi semelhante nos animais dos grupos controle e monoleína e significativamente maior nos animais do grupo MMP-2, em ambos os períodos analisados. Os resultados permitem concluir que a monoleína não interferiu com o processo reparacional e pareceu eficaz como carreador da rhMMP-2, e adicionam evidências á hipótese da importância da atividade da MMP-2 para a formação óssea, em um modelo experimental in vivo de reparo ósseo. / Matrix metalloproteinases (MMPs) are zinc-dependent proteolytic enzymes that degrade extracellular matrix components, facilitating cell migration and tissue remodeling. MMPs secreted by osteclasts are important in the physiological bone resorption as in pathological bone degradation. However, the essentially bone absorbing hole of MMPs, particularly of the MMP-2, has been questioned in recent years by studies that show its importance in osteoblastic cells differentiation and in vitro bone formation. Therefore, the MMP-2 may have also an important hole in reparational bone formation. The purpose of the present study was to investigate the pretense osteostimulatory effect of the rhMMP-2 linked to monoolein (used as a carrier) implanted into rat calvarial defects. Bone defects of 4mm in diameter were created unilaterally in rats calvaria and filled with natural blood clot (control), monoolein or rhMMP-2 linked to monoolein. The animals were killed 2 and 4 weeks postoperatively and the rate of new bone formation was estimated in histological sections by a histometric differential point-counting method. The rate of reparational bone formation was similar in the animals from control and monoolein groups and was significantly greater in the MMP-2 group, in both periods. From the results it may be concluded that monoolein did not interfere with the reparacional process and seemed effective as a rhMMP-2 carrier. In addition, the results add evidence to the importance of MMP-2 activity for bone formation, in an in vivo bone healing experimental model.

A regeneração óssea é um importante processo fisiológico e bioquímico que acontece no tecido ósseo em resposta a diferentes tipos de agressões. Sejam elas o trauma, infecções, excessos de demanda de carga, lesões expansivas, malformações vasculares e alterações metabólicas sistêmicas, em quaisquer destas situações a remodelação e regeneração óssea assumem grande importância dada a relevância do esqueleto para a saúde humana. Neste sentido, faz-se importante desenvolver técnicas de pesquisa que permita-nos estudar in vivo as alterações metabólicas que acontecem no tecido ósseo em diferentes condições. Neste sentido, nosso objetivo foi o de utilizar a técnica de cintilografia óssea para avaliar a osteogênese secundaria à osteotomia em um modelo animal de coelho da raça New Zealand. Para tanto desenvolvemos um estudo longitudinal, prospectivo, caso-controle, no qual as variáveis cintilográficas foram mensuradas tanto na pata operada (pata anterior direita) quanto na pata controle (pata anterior esquerda). A amostra foi constituída por um grupo de 10 coelhos, inicialmente, os quais foram submetidos à osteotomia, seguindo-se um período de avaliação de 12 semanas pós-operatórias, divididas em três etapas de imageamento, com 4, 8 e 12 semanas. Como resultados observamos: (A) a pata operada apresentou uma radiação externa significativamente maior do que a controle, ao uso do colimador pinhole, denotando aumento da biodistribuição e tropismo do radiofármaco para a pata operada; (B) Dentre os 3 momentos avaliados, a osteogênese foi máxima em 4 semanas e apresentou declínio significativo nas 8a e 12a semanas, denotando regeneração e resolução da lesão cirúrgica; (C) A pata controle também foi influenciada pela inatividade imposta pela pata operada. Este fato ficou evidenciado notadamente pela também redução da osteogênese na pata anterior esquerda (controle). Concluimos que a técnica da cintilografia óssea foi sensível ao diferenciar semi-quantitativamente a osteogênese na pata operada, nos três marcos temporais avaliados no presente estudo. / Bone healing is an important physiological and biochemical process that occurs in bone tissue in response to different types of aggression. Whether the trauma, infections, excessive load demand, expansive lesions, vascular malformations and systemic metabolic changes in any of these situations remodeling and bone regeneration are very important given the relevance of the skeleton to human health. In this sense, it is important to develop research techniques that allow us to study in vivo the metabolic changes that occur in the bone tissue under different conditions. In this sense, our goal was to use the technique of bone scintigraphy to evaluate osteogenesis secondary to osteotomy in an animal model of New Zealand rabbits. For this purpose we developed a longitudinal, prospective, case-control study, in which the scintigraphic variables were measured both in the operated paw (right paw) and the control paw (left paw). The sample consisted of a group of 10 rabbits, initially, which underwent osteotomy, followed by an evaluation period of 12 weeks after surgery, divided into three stages of imaging, 4, 8 and 12 weeks. As results show: (A) the operated paw external radiation was significantly higher than the control, through pinhole collimator, showing increased radiotracer biodistribution and tropism for the operated paw, (B) Among the three time intervals, the osteogenesis was maximal at 4 weeks and showed significant decline in the 8th and 12th week, showing regeneration and resolution of the surgical lesion, (C) The control paw was also influenced by the inactivity imposed by the operated leg. This fact was also evidenced by markedly reduced osteogenesis in the left paw (control). We conclude that the technique of bone scintigraphy was sensitive to differentiate semiquantitatively osteogenesis in the operated leg in three timeframes in the current study.

O objetivo deste trabalho é a investigação da evolução da regeneração óssea de osteotomias em tíbias de carneiro utilizando processamento de imagens. Para isso, foram utilizadas radiografias digitalizadas de 15 animais divididos em 3 grupos, animais sacrificados com 30, 45 e 60 dias. O processo de regeneração da fratura foi feito com o auxílio de fixador flexível, pois este apresenta, tipicamente, uma consolidação indireta com formação de calo ósseo. A avaliação clínica baseia-se na dimensão e na densidade mineral do calo, obtidas por diferentes métodos. Neste trabalho são apresentadas a evolução do tamanho do calo ósseo em relação à largura média do osso na região da fratura e a avaliação de 14 parâmetros de textura, sendo 5 parâmetros de primeira ordem (MEAN, STDEV, KURT, SKEW e ENER) e 9 características de Haralick (ASM, CONT, CORR, IDM, ENT, VAR, DIAGM, SHADE e PROM). O acompanhamento do crescimento do calo seguiu o comportamento descrito na literatura. Os parâmetros de textura cuja performance foi insatisfatória são 6, a saber, ENER, ASM, CONT, IDM, ENT e DIAGM. Outros 6 possuem comportamento distintos. O parâmetro CORR mostra-se útil para separar imagens com definição de imagens ruidosas. Os parâmetros SHADE e PROM demarcam regiões de contorno. Os parâmetros STDEV, KURT e SKEW têm uma similaridade ao longo do tempo e separam a osteotomia da medular nas imagens iniciais. Os valores dos parâmetros MEAN e VAR refletem a calcificação do tecido na região do calo e conseqüentemente, a rigidez do mesmo durante o processo de regeneração. Estes dois parâmetros discretizam a regeneração ao longo do tempo. Os parâmetros de textura podem ser usados como classificadores da regeneração óssea de forma não-invasiva em um sistema automático de classificação. / The present dissertation investigates the evolution characteristics of bone regeneration in goat\'s tibia osteotomies by image processing. Digitized radio-graphs of 13 animals were used. They were divided into three groups sacrificed at 30, 45 and 60 days respectively. The fracture healing was performed with the aid of flexible fixation, which often develops indirect regeneration with bone callus. The clinical evaluation is based on the dimensional and mineral density of bone callus measured by one of the existent methods. The evolution of the bone callus relative to the bone thickness and 14 texture parameters evaluated at the fractured site are presented here. Nine of the parameters are characteristics of Haralick (ASM, CONT, CORR, IDM, ENT, VAR, DIAGM, SHADE and PROM) and the others are first order parameters (MEAN, STDEV, KURT, SKEW and ENER). The bone callus behaves as described in literature. Six texture parameters, ENER, ASM, CONT, IDM, ENT and DIAGM had no relation with regeneration. The CORR parameter experesses the quality of the image. SHADE and PROM parameters mark the ontour of the images. SKEW, KURT and STDEV have a similar behavior once they separete osteotomy from medular in the initial images. The VAR and MEAN parameters show a commom variation among images along the time. This pattern represents the evolution of regeneration and distinguishes bone concentration at osteomotmy site and therefore its rigidity. Texture parameters are capable ofcharacterizing bone regeneration in a noninvasive way for an automatic classification system.

Este trabalho teve como objetivo realizar a investigação clínica dos efeitos do ultra-som de baixa intensidade como tratamento adjuvante na consolidação óssea de fraturas de ossos longos (rádio e ulna, fêmur, tíbia e fíbula) em cães. Foram utilizados 29 cães de raças variadas, 17 fêmeas e 12 machos, com faixa etária entre seis e 72 meses, 2,3 a 43 kg de peso corporal, portadores de fraturas recentes em ossos longos (rádio e ulna, fêmur, tíbia e fíbula), submetidos a procedimentos de osteossíntese (pinos intramedulares, fixação esquelética externa ou a associação destes métodos) e provenientes da rotina hospitalar de três instituições. Um dos cães apresentou fratura bilateral de tíbia e fíbula, tendo sido consideradas 30 fraturas. Os animais foram divididos em três grupos, de acordo com o local da fratura: GI (rádio e ulna), GII (fêmur), e GIII (tíbia e fíbula). Realizou-se o tratamento adjuvante de fraturas com ultra-som pulsado de baixa intensidade (30 mW/cm2 , durante 20 minutos, por 21 dias consecutivos) em 12 cães e 17 animais foram utilizados como controle. Todos os pacientes foram avaliados por exames clínicos e radiográficos nos períodos pré-operatório, pós-operatório imediato e aos 30 e 60 dias posteriores ao procedimento cirúrgico. Nos exames radiográficos foram observadas características de consolidação óssea, incluindo a presença ou ausência de reação periostal, ponte cortical, linha de fratura e formação de calo ósseo. O teste estatístico não paramétrico bilateral de Mann-Whitney foi empregado para a análise dos resultados dos achados radiográficos constatados nos animais dos grupos controle e tratado, não tendo sido verificadas diferenças significativas entre eles. Apesar da ausência de comprovação estatística, a maioria das fraturas tratadas com estimulação ultra-sônica demonstrou sinais clínicos e radiográficos de evolução favorável ao processo de consolidação óssea. Conforme os resultados observados neste estudo, o ultra-som pulsado de baixa intensidade pode ser indicado como tratamento adjuvante de fraturas recentes de ossos longos (rádio e ulna, fêmur, tíbia e fíbula), em animais da espécie canina. / This research had the purpose of investigating the clinical effects of low-intensity ultrasound on the healing of long bone fractures (radius and ulna, femur, tibia and fibula) in dogs. Twenty-nine dogs of different breeds were included in this study, being 17 females and 12 males, with ages ranging from six to 72 months, and weight from 2.3 to 43 kg. These animals presented a clinical history of recent long bone fractures (radius and ulna, femur, tibia and fibula), and underwent osteosynthesis procedures (intramedullary pins, external skeletal fixation or the association of both). All of the animals originated from three different veterinary hospitals. One of the dogs presented bilateral tibial fracture, encompassing a total of 30 fractures in such group. The animals were divided into three groups, according to the fracture site: GI; (radius and ulna), GII (femur), and GIII (tibia and fibula). The treatment with pulsed low-intensity ultrasound (30 mW/cm2 , for 20 minutes, for 21 consecutive days) was performed on 12 dogs, using 17 animals as a control group. All patients were evaluated through physical and radiographic examination before surgery, immediately on the postoperative, and after 30 and 60 days from the osteosynthesis. Postoperative and follow-up radiographs were examined for periosteal reaction, cortical bridging, fracture line and callus. The non-parametric bilateral Mann-Whitney Test was used to investigate the radiographic findings in the group undergoing treatment and in the control group. There were no significant statistical differences between them. In spite of these statistical results, most of the fractures treated with pulsed low-intensity ultrasound showed clinical and radiographic signs of bone healing in progress. According to these results, pulsed low-intensity ultrasound can be indicated as an adjunctive treatment for recent long bone fractures (radius and ulna, femur, tibia and fibula) in dogs.

Objetivo: Avaliar as modificações estruturais do pericárdio bovino após hidrólise seletiva de grupos carboxiamidas em carboxílicos e resposta biológica em defeitos ósseos reparados com as matrizes de colágeno aniônico. Material e métodos: Amostras das matrizes modificadas foram comparadas com amostras de pericárdio bovino nativo através de microscopia óptica e de microscopia eletrônica de varredura. A resposta biológica foi avaliada implantando fragmentos das matrizes em trepanações criadas em tíbias de ratos. O reparo dos defeitos foi estudado 3, 7, 15 e 30 dias pós-implantação usando-se microscopia óptica. Resultados: O processo de hidrólise seletiva de grupos carboxamidas em carboxílicos removeu completamente as células intersticiais do pericárdio bovino e transformou a estrutura compacta e fibrilar do colágeno nativo em uma estrutura esponjiforme. Além disso, foi observado que as matrizes modificadas permitiram o reparo das trepanações ósseas com a formação de osso trabecular, sem induzir nenhuma reação adversa. Conclusões: A hidrólise utilizada aplicada ao pericárdio bovino produz uma matriz acelular com poros distribuídos na sua estrutura. Essas matrizes são biocompatíveis, não induzem reação inflamatória e permitem o reparo de trepanações ósseas experimentalmente induzidas. / Objective: Evaluate the structural modifications in the bovine pericardium after selective hydrolysis of carboxiamides groups into carboxilic and the biological response in bone defects repaired using the anionic collagen matrices. Material and methods: Samples of the modified matrices were compared to samples of native bovine pericardium using light microscopy and scanning electron microscopy. The biological response were evaluated implanting fragments of the matrices into defects made in rat tibias. The repair of the defects were evaluated 3, 7, 15, and 30 days after implantation using light microscopy. Results: The process of selective hydrolysis of carboxiamides groups into carboxilic completely removed the interstitial cells of the bovine pericardium and turned the compact and fibrilar structure of native collagen into a sponge-like structure. Besides, it was observed that the modified matrices allowed the repair of the bone defects through the formation of cancellous bones, without any side reaction. Conclusions: The used hydrolysis applied to bovine pericardium produces a acellular matrix with pores distributed along its structure. These matrices are biocompatible, they do not induce any inflammatory reaction and allow the repair of experimentally induced bone defects.

Alguns relatos encontrados na literatura sobre as propriedades da molécula de ozônio de interferir de maneira favorável na reparação de tecidos e da sua ação antimicrobiana têm fundamentado emprego do ozônio com fins terapêuticos no tratamento de diversas doenças. Nenhuma pesquisa ainda conseguiu comprovar, por meio de estudos padronizados, os efeitos terapêuticos sobre os processos de reparação óssea desta molécula triatômica de oxigênio quando diluído em água. Nesta investigação foram avaliados os aspectos histomorfológicos e histomorfométricos do processo de reparo tecidual ósseo após a irrigação com 100mL de 4ppm de ozônio diluído em água Milli-Q® durante a perfuração de feridas monocorticais padronizadas, realizadas por meio de broca trefina (2mm), após 7, 14 e 21 dias, em fêmures de ratos Wistar induzidos e não induzidos ao diabetes por injeção intraperitoneal de Estreptozotocina (STZ- Sigma®). Nos grupos controles as feridas foram irrigadas com de 100mL de água Milli-Q® pura. Os resultados histomorfológicos revelaram que os animais diabéticos que receberam o ozônio apresentaram intensa hemorragia, maior proliferação de vasos sanguíneos e trabeculado ósseo imaturo quando comparados aos animais diabéticos não submetidos à aplicação de ozônio em todos os períodos avaliados. Os animais não diabéticos que receberam ozônio apresentaram intenso infiltrado inflamatório e maior proliferação de vasos sanguíneos quando comparados aos animais do grupo controle. Comparativamente as feridas nos animais que receberam a irrigação por meio de água ozonizada mostraram maior proliferação de vasos sanguíneos e trabéculas ósseas mais imaturas quando comparados aos animais dos grupos que não receberam ozônio. A avaliação histomorfométrica mostrou as médias percentuais de trabéculas ósseas neoformadas. O estudo estatístico, entre os grupos de animais diabéticos e não diabéticos, não apresentou resultados estatisticamente significantes (7 dias, P=0,362; 14 dias, P=0,54; 21 dias, P=0,351) nos períodos de 7, 14 e 21 dias pós-operatórios. A comparação entre o grupo de animais não diabéticos que receberam e não receberam o ozônio, 21 dias pós-operatórios mostrou resultados estatisticamente significantes (P=0,034) confirmando um retardo no processo de maturação das trabéculas. Os resultados desta pesquisa sugerem que a irrigação de feridas ósseas de animais induzidos e não induzidos ao diabetes empregando solução de 4ppm de ozônio diluídos em água Milli-Q® foram capazes de estimular a proliferação de vasos sanguíneos durante a fase inflamatória da reparação tecidual, sem produzir efeitos tóxicos ou prejudiciais, mas não mostrou benefícios na neoformação de trabéculas ósseas em animais diabéticos. / Some accounts in the medical literature about ozones molecule properties to favorably interfere with tissue repair and its antimicrobial action have based the therapeutic usage of ozone to treat several diseases. No standardized investigation yet succeeded to establish the therapeutic effects over bone repair process of this triatomic molecule of the oxygen when diluted in pure water. In this investigation we evaluated the histomorphological aspects of bone tissue repair process after irrigation with 100 ml of the 4 ppm of the ozone dissolved in Milli-Q ® during drilling of the standardized monocortical wounds performed through trephine drill (2mm), after 7, 14 and 21 days in femurs of rats induced and not induced to diabetes by intraperitoneal injection of streptozotocin (STZ, Sigma®). The wounds of the control groups were irrigated with 100ml of Milli-Q®. The histomorphological evaluation revealed that the diabetic animals that received ozone showed intense hemorrhage, increased proliferation of blood vessels and immature bone trabeculae when compared with diabetic animals not submitted to the application of ozone in all evaluated periods. The non-diabetic animals that received ozone presented intense inflammatory infiltrate and increased proliferation of blood vessels compared to the control group. Comparatively wounds of the animals that received irrigation through ozonized water showed higher proliferation of blood vessels and bone trabeculae more immature when compared to groups that did not receive ozone. Histomorphometric of bone trabeculae development, comparatively in wounds of diabetic and non diabetic animals showed no statistically significant results (7 days, P=0,362; 14 days, P=0,54; 21 days, P=0,351) . The comparison of bone trabeculae development between wounds in the group of non-diabetic animals that received and did not receive ozone, 21 days postoperatively showed statistically significant (P = 0.034). These results suggests that the irrigation of bone wounds of animals induced and not induced to diabetes with 4 ppm of ozone diluted in Milli-Q® were capable to stimulate the proliferation of blood vessels during the inflammatory phase of tissue repair without producing toxic or detrimental effects but did not improve bone trabeculae development when a diabetes state is present.

A alveolite é uma complicação pós-operatória de natureza inflamatória que ocorre alguns dias após a exodontia que interfere negativamente com o processo de reparação do alvéolo. As opções de tratamento geralmente são dirigidas a cuidados paliativos e não existe consenso quanto a sua etiopatogenia. Na presente pesquisa foram avaliadas e comparadas às características histológicas e histomorfométricas da reparação alveolar de ratos, induzidos ou não ao processo de alveolite, tratados por óleo de girassol ozonizado ou Alveoliten®. Sob anestesia geral, pela aplicação via intramuscular de 0,8mg/kg cloridrato de cetamina (Dopalen® - Vetbrands) e 0,3mg/kg cloridrato de xilazina (Rompum® - Bayer SA), foram realizadas exodontias do incisivo superior direito em 84 animais. Em 72 ratas foi induzida condição de isquemia alveolar pela aplicação de adrenalina (1:100.000) por cinco minutos Os animais foram divididos em grupos: I: alveolite, tratada por óleo de girassol (n=20); II: alveolite, tratada por óleo de girassol ozonizado (87,3 mEq/Kg de peróxido e 0,4 acidez) (n=20); III: alveolite, tratada por Alveoliten® (n=20); grupo IV alveolite sem tratamento(n=12) e V: exodontia sem alveolite (n=12). Os animais foram eutanasiados em câmara de dióxido de carbono (CO2) nos períodos de 2, 7,14 e 21 dias pós-tratamento. A maxila direita foi separada da esquerda, acompanhando-se a sutura intermaxilar, posteriormente a hemi-maxila foi cortada coronalmente com tesoura de ponta reta, posterior à face distal dos molares, o que permitiu a obtenção de uma peça cirúrgica com o alvéolo dental direito. Os espécimes foram processados para avaliação histomorfológica e histomorfométrica. Os dados da avaliação histomorfométrica foram submetidos à análise estatística não paramétrica pelo Teste de Kruskal-Wallis e Conover para determinar diferenças entre pares de tratamento.,Os resultados histomorfológicos mostraram presença de infiltrado inflamatório que se prolongou após quatorze dias e uma maior neoformação óssea nos alvéolos tratados por Alveoliten® depois do sétimo dia de tratamento. Houve diferenças significativas quanto a neoformação óssea após sete (p=0.0010), quatorze (p=0.0320) e vinte e um (p=0.0222). O óleo ozonizado provocou um processo inflamatório intenso nos primeiros períodos de estudo, mas, promoveu um processo osteogênico. A reparação óssea nos casos de alveolite, sob os parâmetros utilizados, foi melhor com o uso do Alveoliten®. / Dry socket is an inflammatory postoperative complication, following teeth extraction. Treatment generally includes palliative care and its etiology is controversial. The present study, proposes to evaluate histological and histomorphemetrical aspects of alveolar healing in rats submitted to dry socket condition and treatment by ozonized sunflower oil and Alveoliten®. Under general anesthesia by intramuscular application of 0,8mg/kg ketamine hydrochloride (Dopalen® - Vetbrands) and 0,3mg/kg xylazine chloridrate (Rompum® - Bayer SA), 84 female Wistar rats were submitted to upper right incisor.. 72 of those animals were submitted to dry socket isquemic condition by adrenalin (1:100.000) intra alveolar insertion for five minutes. Groups were divided as follow: group I: dry socket treated with sunflower oil (n=20); group II: dry socket treated with ozonated oil (peroxide 87,3 mEq/Kg and 0,4 of acidity) (n=20); group III: dry socket treated by Alveoliten® (n=20); group IV dry socket without treatment (n=12); and group V: dental extraction without dry socket induction (n=12). Rats were euthanized in a carbon dioxide (CO2) chamber . after 2, 7,14 e 21 subsequent treatment. Right maxilla was split following the intermaxilary suture, later it was coronal sliced distally to molar teeth. Specimens were processed for histological and histomorphemetrical analyses. Histomorphometric data were statistically analyzed by Kruskal-Wallis and Conover non parametric tests to establish differences between treatments. Histological findings showed inflammatory infiltrate even 14 days after treatment. It was seen also expressive new bone formation when Alveoliten® was employed. There were significant differences between treatments after seven (p=0.0010), fourteen (p=0.0320) twenty one days (p=0.0222). Ozonated sunflower oil was able to induce intense inflammatory infiltrate during the first period of observation but it promoted bone growth on the following periods . Under controlled conditions of this study; alveolar bone healing was superior when Alveoliten® was applied.

Bone morphogenetic protein-2 (BMP-2) is considered a promising adjuvant for the treatment of bone regeneration. However, BMP-2 delivery in a conventional collagen scaffold needs a high dose to achieve an effective outcome. Moreover, such dosage may lead to serious side effects. The aim of the following thesis was to find clinically acceptable strategies reducing the required dose of BMP-2 by improving the delivery and optimizing the preclinical testing of the new approaches. In all the studies hyaluronic acid (HA) hydrogels was used as a carrier for BMP-2. The HA hydrogel/BMP-2 construct was modified with bioactive matrix components in order to obtain an effective release of BMP-2 and an enhanced bone formation. The most promising were two strategies. In the first one, BMP-2, precomplexed with the glycosaminoglycans dermatan sulfate or heparin prior to loading it into HA hydrogel, protected and prolonged the delivery of the protein, resulting in twofold larger bone formation in comparison to non-complexed BMP-2. In the second strategy, the fibronectin fragment integrin-binding domain (FN) was covalently incorporated into HA hydrogel. The FN remarkably improved the capacity of the material to support the cells attachment and spreading, providing the formation of twice as much bone in comparison to non-functionalized HA hydrogel/BMP-2. Furthermore, the importance of a proper design of the preclinical study for BMP-2 delivery systems was highlighted. Firstly, proper physicochemical handling of BMP-2 showed the improvement in further in vivo activity.  The use of glass storage vials and an acidic formulation buffer was superior to plastic surfaces and physiological pH. Secondly, while regenerative medicine strategy testing required the use of animal models that matched the research questions related to clinical translation, two new animal models were developed. The subperiosteal mandibular and calvarial models in rats were found to be minimally invasive, convenient and rapid solution for the evaluation of a broad range of approaches including bone augmentation, replacement and regeneration. Both models are primarily relevant for the initial testing of the injectable bone engineering constructs.  Those clinically translatable approaches presented here could prove to be a powerful platform for a wider use of BMP-2 in orthopedic, plastic surgery and regenerative medicine research.

Calcium phosphate cements are produced by the mixing of calcium phosphate powders in an aqueous solution resulting in a low-temperature synthesized hydroxyapatite. They have been used as bone substitutes and drug delivery systems. The present work examined the possibility of a machine-based modification to this process to derive a standardized preparation method of calcium phosphate cements that could be loaded with Pantoprazole. To examine the characteristics of these novel materials, the following analyses of hand- and machine-made cements, with and without Pantoprazole were undertaken: in vitro surface characterization, dissolution, hydroxyapatite conversion, Pantoprazole delivery, as well as in vivo reparative bone formation and particulate degradation. The in vitro surface characterization, dissolution at different pHs, and drug release analyses showed insignificant differences between hand- and machine-prepared cements. However, machine-made cements showed increased hydroxyapatite conversion, decreased dissolution at pH 7.4, and better in vivo outcomes than commercially available bone-substitute particulate biomaterials.

Calcium phosphate cements are produced by the mixing of calcium phosphate powders in an aqueous solution resulting in a low-temperature synthesized hydroxyapatite. They have been used as bone substitutes and drug delivery systems. The present work examined the possibility of a machine-based modification to this process to derive a standardized preparation method of calcium phosphate cements that could be loaded with Pantoprazole. To examine the characteristics of these novel materials, the following analyses of hand- and machine-made cements, with and without Pantoprazole were undertaken: in vitro surface characterization, dissolution, hydroxyapatite conversion, Pantoprazole delivery, as well as in vivo reparative bone formation and particulate degradation. The in vitro surface characterization, dissolution at different pHs, and drug release analyses showed insignificant differences between hand- and machine-prepared cements. However, machine-made cements showed increased hydroxyapatite conversion, decreased dissolution at pH 7.4, and better in vivo outcomes than commercially available bone-substitute particulate biomaterials.