Fraturas cominutivas com grandes perdas ósseas são comuns em animais silvestres, sendo de maior prevalência em aves, devido a traumas, com a crescente urbanização e desmatamento. Um dos problemas para o tratamento dessas fraturas nesses animais é a dificuldade do uso de enxertia autógena, devido os locais de coleta não oferecerem material suficiente e pela alta taxa de morbidade. Assim, a engenharia de biomateriais vem desenvolvendo diversos dispositivos com a intenção de auxiliar nesse tratamento. O uso de cimento ósseo é crescente nesse meio, e tem como objetivo a recuperação e reintrodução do animal a seu habitat. O objetivo deste trabalho foi avaliar o uso do cimento ósseo de hidroxiapatita deficiente em cálcio (HAD) associado ou não a proteína morfogenética óssea (BMP), para o tratamento do defeito crítico (DC) diafisário em ulna de galinhas domésticas. Foram utilizadas 32 aves, separadas em 4 grupos de 8 animais, sendo: controle negativo (GCN), controle positivo (GCP), cimento de HAD (GHAD) e cimento HAD associado a BMP (GHAD+BMP). Todos os animais passaram pelos procedimentos de ostectomia e a fixação dos fragmentos por meio da colocação de um pino intramedular de 1,5mm de forma retrógada, e acompanhados por período de 60 dias. Foram realizados exames radiográficos, análise histopatológica e biomecânica das ulnas. O presente trabalho demonstrou que não houve diferença significativa de consolidação entre os grupos com e sem BMP, porém o HAD+BMP apresentou-se mais eficiente para DC em galinhas na avaliação histopatológica, levando a resposta osteoindutora, por parte do cimento, e osteogênica, pela proteína. / Comminuted fractures with great bone loss are common in wild animals, being more present in birds due to trauma related to growing urbanization and deforestation. One of the problems of the treatment of these kinds of fractures in these animals is the difficulty of using autogenous grafting because collection places do not offer enough material and also because of the high morbidity rate. Therefore, biomaterials engineering has been developing several devices intending to help on this treatment. Therewith, the use of bone cement is increasing in this environment, and has as its goal the recovery and reintroduction of the animal to its habitat. The objective of this work was to evaluate the use of calcium deficient hydroxyapatite bone cement (HAD) for the treatment of diaphysialcritical defect (DC) in ulna of domestic hens. Thirty-two birds were used, divided in four groups of eight animals, being: negative control (GCN), positive control (GCP), HAD cement (GHAD) and HAD cement associated with bone morphogenetic protein (GHAD + BMP). All animals went through the procedure of ostectomy and fixation of the fragments by placing a 1.5mm intramedullary pin in a retrograde way, and assisted for a period of 60 postoperative days. Radiographic examinations, histopathological and biomechanical analysis of the ulna were performed.The present paper demonstrated that there was not a significant consolidation measure between the groups with no BMP, however HAD + BMP presented more efficient results for DC in hens in the histopathological evaluation, leading to an osteoinductive response by cement and osteogenic by the protein.

O titânio e suas ligas são biomateriais metálicos extensamente utilizados em aplicações médicas e odontológicas, apesar de não formarem ligação química com o osso circundante. Por isto é desejável técnicas que proporcionem a bioatividade na superfície desses metais. A proposta deste estudo foi avaliar e comparar, por testes in vitro e in vivo o comportamento de Ticp e da liga Ti-13Nb-13Zr utilizando diferentes tratamentos de superfície frente à formação do recobrimento biomimético e ao processo de osteointegração. Foram utilizadas placas comerciais de Ti e amostras da liga e de Ticp, obtidas por M/P. As amostras foram submetidas a quatro diferentes tratamentos de superfície (padrão - tratamento alcalino; 1°- tratamento alcalino e térmico; 2°- tratamento ácido e alcalino; 3º- tratamento alcalino, CaCl2, térmico e água quente), analisadas quanto à formação de apatita em SBF em períodos de 1 a 21 dias. Os recobrimentos obtidos foram caracterizado por MEV e DRIFT. Para a avaliação in vivo dos implantes, obtidos por M/P, de Ticp e da liga, com e sem tratamentos superficiais, foram utilizados coelhos adultos machos. A avaliação teve duração de 7 semanas em que foram aplicados marcadores celulares ósseos em tempos e sequência específicos do pós-operatório. Na avaliação in vitro, os recobrimentos de maior espessura foram nas amostras obtidas por M/P, comparativamente à amostra laminada. Todos os tratamentos foram efetivos na promoção da bioatividade. O 2º tratamento obteve recobrimento com maior espessura nos períodos avaliados para todas as superfícies. Na avaliação in vivo, ocorreu crescimento ósseo com osteointegração em todos os implantes com e sem tratamentos superficiais. O crescimento ósseo na interface osso/implante ocorreu de forma contínua em todo o período de reparação para o Ticp, o Ticp com tratamento padrão, o Ticp com o 2º tratamento e a liga com o 1° tratamento; e ocorreu de forma mais intensa no primeiro e terceiro período de reparação para os demais implantes. Os resultados dos testes in vitro e in vivo não são passíveis de analogia direta neste estudo, pois forneceram informações importantes sobre a formação, morfologia e taxa de aposição do recobrimento aos diferentes tratamentos de superfície e a efetividade da osteointegração destes tratamentos de superfície em modelo animal. / Titanium and its alloys are widely used metallic biomaterials in medical and dental applications for patient rehabilitation. However, these materials cannot bond with surrounding bone. For this reason, it is desirable to provide a bone-bonding ability for metallic surface. The aim of this study was to evaluate and compare in vitro and in vivo tests of Ti and Ti-13Nb-13Zr alloy subjected to different surface treatments. Laminate titanium plates and Ti and alloy Ti samples obtained by powder metallurgy were used in this study. The samples were subjected to four different surface treatments (pattern- alkali treatment; 1°- alkali and heat treatments; 2°- acid and alkali treatments; 3°- alkali, CaCl2,heat and hot water treatments) and evaluated for apatite coating in SBF for periods of 1 to 21 days. The coated specimens were analyzed by SEM (surface and cross section) and DRIFT. For in vivo evaluation of osseointegration were used Ticp and alloy implants obtained by powder metallurgy with and without surface treatments in male adult rabbits. The evaluation was 7 weeks which were applied bone cell markers at selected times. In vitro evaluation, surfaces obtained by powder metallurgy had a coating of greater thickness when compared to the laminate surface. All treatments were effective in promoting the bioactivity. The 2nd treatment provided coating thicker in the evaluation periods for all surfaces. The osseointegration occurred in all implants with and without surface treatments. However, growth in the bone/ implant interface was continued all over repair period for Ticp, Ticp with pattern treatment, Ticp with 2nd treatment and alloy with 1st treatment. Bone growth in interface occurred more intensely for first and third period to repair for remaining implants. In vitro and in vivo tests are not liable to direct analogy in this study because provided important information on the formation, morphology and apposition rate of coating on different surface treatments and the effectiveness of osseointegration in animal model.

A utilização de implantes osseointegráveis como substituto dentário tornou-se amplamente adotada desde a instalação e relato de sucesso dos primeiros implantes em seres humanos. A cirurgia para instalação de implantes osseointegráveis pode ser realizada em dois estágios, aguardando-se o período de osseointegração para confecção da prótese de transição ou definitiva; ou por estágio único, conhecida como carga imediata ou função imediata. Ambas as técnicas necessitam da confecção de um alvéolo cirúrgico, para isto utiliza-se de brocas em aço inoxidável. Durante a perfuração do alvéolo promove-se o aumento da temperatura da broca devido à fricção, aquecendo o tecido ósseo adjacente e podendo provocar a Necrose Óssea Térmica. A queima pode acometer uma pequena parte cortical ou comprometer todo alvéolo cirúrgico. A proposição deste trabalho foi analisar microscopicamente a existência ou não da necrose óssea térmica provocada por brocas durante a confecção de alvéolos cirúrgicos para implantes osseointegráveis quanto: à comparação entre broca nova e broca com desgaste; a interferência da irrigação externa. Além disso, propõe-se demonstrar por achados microscópicos o comportamento tecidual e celular frente a essas variantes. Para o estudo foram utilizados cinco pedaços de costela bovina removidas um dia após a morte do animal. Para o estudo as variantes foram: brocas novas, brocas velhas, presença ou não de irrigação externa. Os corpos de prova foram divididos em 4 grupos (N=5), combinando-se todas as possibilidades de variância. Após as perfurações, seguindo-se o protocolo de dilatação progressiva (BRÅNEMARK, 1980), confeccionaram-se lâminas histológicas para análise em microscopia óptica de luz. Com a contagem das células (osteócitos normais e osteócitos com núcleo picnótico) e das lacunas (osteoplastos), quantificou-se a viabilidade óssea de acordo com a necrose óssea térmica provocada durante o aquecimento friccional. Após análise estatística (p≤0,05), verificou-se que as perfurações realizadas utilizando-se de irrigação externa 58,46% dos osteócitos apresentavam-se normais (viáveis), 30,15%, com lacunas vazias e 11,38% com os núcleos picnóticos. Já as perfurações confeccionadas por brocas desgastadas resultaram em 35,93% dos osteócitos normais, 16,18% com núcleos picnóticos e 47,89% de lacunas vazias. Correlacionando as variantes broca e irrigação, verifica-se a predominância de osteócitos normais como sinal de viabilidade óssea nos grupos: com irrigação e broca nova (66,10%) e com irrigação e brocas desgastadas (50,82%). Nos grupos onde os alvéolos foram realizados com brocas novas sem irrigação e de brocas desgastadas sem irrigação, observa-se a inviabilidade óssea pela predominância de osteócitos com núcleo picnótico e lacunas vazias, demonstrando a degeneração celular provocada pelo calor. Após o estudo, concluímos que a irrigação externa e a qualidade do corte das brocas são fundamentais e influenciam na manutenção da viabilidade óssea. Além disso, microscopicamente as células ósseas demonstram alterações morfológicas após o aquecimento friccional. / The use of osseointegrated implants as dental substitute became widely adopted since the installation of the first implant in human beings. The surgery for installation of osseointegrated implants can be carried through in two stages, waiting the period for osseointegration to do the definitive prosthesis or; in one stage, known as immediate loading or immediate function. Both the techniques need the confection of a surgical alveolus, for this are used stainless steel drills. During the alveolus perforation the friction increases the drill temperature which promotes the heating on adjacent bone tissue favoring the thermal osteonecrosis. The heating can commit a small cortical part or compromise all surgical alveolus. The aim of this study was to evaluate by microscopic analysis the existence of the thermal osteonecrosis or not, comparing new and old drills and, the interference of the external irrigation. For the present investigation five pieces (N=5) of bovine ribs had been removed one day after the death of the animal. The ribs were divided in 4 groups agreeing all the variance possibilities. After the perforations, following the protocol of gradual dilatation, we confectioned histological blades for analysis by light microscopy. We quantified the osseous viability by counting of the normal osteocytes, osteocytes with pyknotic nuclei and the empty lacunae. After statistical analysis (p≤0.05), we verified that the perforations done using external irrigation 58.46% of the osteocytes were presented normal (viable), 30.15% with empty lacunae and 11.38% with pyknotic nuclei. Moreover, the perforations confectioned with old drills had resulted in 35.93% of normal osteocytes, 16.18% of pyknotic nuclei and 47.89% of empty lacunae. Correlating the variants, drill and irrigation, we verified the predominance of normal osteocytes, as a signal of osseous viability, in the groups with irrigation/new drills (66.10%) and with irrigation/old drills (50.82%). In the groups, where the alveolus had been carried through with new drills without irrigation and old drills without irrigation, it was observed osseous unavailability due to the predominance of osteocytes with pyknotic nucleus and empty lacunae. Those facts demonstrate the cellular degeneration caused by the heat. In this research, we conclude that the external irrigation and the drills cutting power influence in maintenance of the osseous viability. Furthermore, microscopically the bone cells demonstrate morphologic alterations after the frictional heating.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:30:59Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2005-05-23Bitstream added on 2014-06-13T20:21:32Z : No. of bitstreams: 1 vasconcellos_lmr_dr_sjc.pdf: 1195264 bytes, checksum: 6797b053e1594bb9372c91865bdb71e3 (MD5) / O objetivo neste estudo foi avaliar e comparar a reparação óssea ao redor de implantes cilíndricos densos e porosos, ambos de titânio puro grau 2, confeccionados via metalurgia do pó, por meio de análise histológica, histomorfométrica e teste mecânico de cisalhamento. Previamente à cirurgia, todos os implantes foram caracterizados por meio de análise metalográfica e os implantes densos foram submetidos também a um rugosímetro. Em seguida, os implantes foram inseridos em tíbias de coelhos. Concluiu-se, portanto, que a técnica de metalurgia do pó é eficiente para produzir implantes densos e porosos, e que os porosos apresentam maior contato na área de interface osso-implante e maior adesão ao osso, melhorando a osseointegração deste implante ao tecido ósseo. / The aim of this study was to assess and compare the bone repair around dense and porous cylindrical implants, both made of commercially pure titanium by means of powder metallurgy. Histological analysis, histomorphometric analysis, and mechanical test were carried. Prior to the surgery, all implants were characterized by means of metallographic analysis. The dense implants were also submitted to perfilometer equipment. Following the implants were placed in the rabbit tibiae. Thus, these findings suggest that the powder metallurgy technique is efficient to produce dense and porous implants, and that the porous implants exhibit greater contact in the implant-bone interface and greater adhesion to the bone, therefore improving the osseointegration of this implant to the bone.

Resumo: A indicação da colocação de implantes dentais osseointegrados (IDO) para pacientes com comprometimento sistêmico, como o Diabetes, permanece controversa. O objetivo deste estudo foi avaliar, por meio do torque reverso, a influência do Diabetes Mellitus e, de seu controle com insulina, sobre a osseointegração ao redor de implantes. Foram utilizados 34 coelhos adultos da raça Nova Zelândia, os quais foram divididos nos seguintes grupos: grupo controle (C), grupo Diabetes (D) e grupo Diabetes controlado (DC). A indução do Diabetes foi realizada por administração endovenosa de Aloxana (115 mg/kg). Os coelhos do grupo DC receberam tratamento com injeção subcutânea de insulina (10 U/ dia) e os demais receberam solução salina (0,9%) pela mesma via. Após 1 semana, realizou-se cirurgia de instalação bilateral de implantes nas tíbias de cada animal. Os níveis glicêmicos foram avaliados periodicamente pelo método enzimático da glicose -oxidase. Após 4, 8 e 12 semanas, os animais foram sacrificados e os implantes removidos, sendo o teste do torque de remoção dos mesmos executado com torquímetro manual. No período de 4 semanas, não houve diferenças estatisticamente significativas (p=0.2) entre os grupos quanto ao valor do torque de remoção dos implantes. Porém, o grupo C apresentou valores estatisticamente superiores em relação aos grupos D e DC nos períodos de 8 (p=0.0001 e p=0.0053, respectivamente) e 12 semanas (p=0.0002 e p=0.001, respectivamente). Os grupos D e DC não apresentaram diferenças entre si em nenhum dos períodos avaliados. Assim, pode-se concluir que o Diabettes Mellitus influenciou negativamente a osseointegração de implantes colocados em tíbias de coelhos e a insulinoterapia não alterou este efeito. / Abstract: The indication for the placement of osseointegrated dental implants in patients with systemic illness, like diabetes, remains controversial. The purpose of this study was to evaluate, through the removal torque test, the influence of Diabetes Mellitus and its control with insulin, on osseointegration around implants. Thirty four New Zealand adult rabbits were separated in 3 groups: control group (C), diabetes group (D) and controlled diabetes group (CD). Aloxana (115mg/kg) was used in diabetes induction. The CD group received treatment with insulin (10 U/ day) and the others received saline solution (0,9%). After 1 week, implants were placed bilaterally in the tibiae of rabbits. After 4, 8 and 12 weeks, the animals were sacrificed and the implants were removed been the removal torque test performed with the aid of a manual torquimeter. At 4 weeks, there were no significant differences (p=0.2) among groups regarding the value for implants removal torque. However, C group showed statistically greater values than D and CD groups at 8 (p=0,0001 and p=0.0053, respectively) and 12 weeks (p=0.0002 and p=0.001, respectively). The groups D and CD didn't showed any significant differences between each other in any period evaluated. Thus, it may be concluded that Diabettes Mellitus can negatively influence the osseointegration around implants in tibiae of rabbits and insulin therapy did not altered this effect. / Orientador: Elcio Marcantonio Junior / Coorientador: Maria Teresa Pepato / Banca: Luis Carlos Spolidorio / Banca: Elton Gonçalves Zenóbio / Mestre

A utilização de implantes osseointegráveis como substituto dentário tornou-se amplamente adotada desde a instalação e relato de sucesso dos primeiros implantes em seres humanos. A cirurgia para instalação de implantes osseointegráveis pode ser realizada em dois estágios, aguardando-se o período de osseointegração para confecção da prótese de transição ou definitiva; ou por estágio único, conhecida como carga imediata ou função imediata. Ambas as técnicas necessitam da confecção de um alvéolo cirúrgico, para isto utiliza-se de brocas em aço inoxidável. Durante a perfuração do alvéolo promove-se o aumento da temperatura da broca devido à fricção, aquecendo o tecido ósseo adjacente e podendo provocar a Necrose Óssea Térmica. A queima pode acometer uma pequena parte cortical ou comprometer todo alvéolo cirúrgico. A proposição deste trabalho foi analisar microscopicamente a existência ou não da necrose óssea térmica provocada por brocas durante a confecção de alvéolos cirúrgicos para implantes osseointegráveis quanto: à comparação entre broca nova e broca com desgaste; a interferência da irrigação externa. Além disso, propõe-se demonstrar por achados microscópicos o comportamento tecidual e celular frente a essas variantes. Para o estudo foram utilizados cinco pedaços de costela bovina removidas um dia após a morte do animal. Para o estudo as variantes foram: brocas novas, brocas velhas, presença ou não de irrigação externa. Os corpos de prova foram divididos em 4 grupos (N=5), combinando-se todas as possibilidades de variância. Após as perfurações, seguindo-se o protocolo de dilatação progressiva (BRÅNEMARK, 1980), confeccionaram-se lâminas histológicas para análise em microscopia óptica de luz. Com a contagem das células (osteócitos normais e osteócitos com núcleo picnótico) e das lacunas (osteoplastos), quantificou-se a viabilidade óssea de acordo com a necrose óssea térmica provocada durante o aquecimento friccional. Após análise estatística (p≤0,05), verificou-se que as perfurações realizadas utilizando-se de irrigação externa 58,46% dos osteócitos apresentavam-se normais (viáveis), 30,15%, com lacunas vazias e 11,38% com os núcleos picnóticos. Já as perfurações confeccionadas por brocas desgastadas resultaram em 35,93% dos osteócitos normais, 16,18% com núcleos picnóticos e 47,89% de lacunas vazias. Correlacionando as variantes broca e irrigação, verifica-se a predominância de osteócitos normais como sinal de viabilidade óssea nos grupos: com irrigação e broca nova (66,10%) e com irrigação e brocas desgastadas (50,82%). Nos grupos onde os alvéolos foram realizados com brocas novas sem irrigação e de brocas desgastadas sem irrigação, observa-se a inviabilidade óssea pela predominância de osteócitos com núcleo picnótico e lacunas vazias, demonstrando a degeneração celular provocada pelo calor. Após o estudo, concluímos que a irrigação externa e a qualidade do corte das brocas são fundamentais e influenciam na manutenção da viabilidade óssea. Além disso, microscopicamente as células ósseas demonstram alterações morfológicas após o aquecimento friccional. / The use of osseointegrated implants as dental substitute became widely adopted since the installation of the first implant in human beings. The surgery for installation of osseointegrated implants can be carried through in two stages, waiting the period for osseointegration to do the definitive prosthesis or; in one stage, known as immediate loading or immediate function. Both the techniques need the confection of a surgical alveolus, for this are used stainless steel drills. During the alveolus perforation the friction increases the drill temperature which promotes the heating on adjacent bone tissue favoring the thermal osteonecrosis. The heating can commit a small cortical part or compromise all surgical alveolus. The aim of this study was to evaluate by microscopic analysis the existence of the thermal osteonecrosis or not, comparing new and old drills and, the interference of the external irrigation. For the present investigation five pieces (N=5) of bovine ribs had been removed one day after the death of the animal. The ribs were divided in 4 groups agreeing all the variance possibilities. After the perforations, following the protocol of gradual dilatation, we confectioned histological blades for analysis by light microscopy. We quantified the osseous viability by counting of the normal osteocytes, osteocytes with pyknotic nuclei and the empty lacunae. After statistical analysis (p≤0.05), we verified that the perforations done using external irrigation 58.46% of the osteocytes were presented normal (viable), 30.15% with empty lacunae and 11.38% with pyknotic nuclei. Moreover, the perforations confectioned with old drills had resulted in 35.93% of normal osteocytes, 16.18% of pyknotic nuclei and 47.89% of empty lacunae. Correlating the variants, drill and irrigation, we verified the predominance of normal osteocytes, as a signal of osseous viability, in the groups with irrigation/new drills (66.10%) and with irrigation/old drills (50.82%). In the groups, where the alveolus had been carried through with new drills without irrigation and old drills without irrigation, it was observed osseous unavailability due to the predominance of osteocytes with pyknotic nucleus and empty lacunae. Those facts demonstrate the cellular degeneration caused by the heat. In this research, we conclude that the external irrigation and the drills cutting power influence in maintenance of the osseous viability. Furthermore, microscopically the bone cells demonstrate morphologic alterations after the frictional heating.

Durante a confecção do alvéolo, promove-se o aumento da temperatura da broca devido à fricção, aquecendo o tecido ósseo adjacente e seus componentes celulares, podendo provocar a Necrose Óssea Térmica. A necrose óssea térmica deteriora a porção orgânica do tecido ósseo (tanto matriz óssea como as células), bem como as células diferenciadas e indiferenciadas presentes na circulação sanguínea e medula óssea local. Alguns trabalhos demonstraram que o aquecimento ósseo acima de 47oC por 1 minuto provoca tal fenômeno. Atualmente existem variações na técnica de perfuração com objetivo de diminuir o grau de aquecimento e aumentar as taxas de sucesso dos tratamentos reabilitadores. Sabemos que nem todos os profissionais são cautelosos em utilizar materiais de qualidade e que mesmo os materiais com qualidade, após repetido uso, perdem a eficácia. Seria ideal que o implante osseointegrável gerenciasse a remoção destas áreas de necrose óssea térmica, independentemente da execução correta da técnica de perfuração e da qualidade das brocas. Com isso, garantiríamos que o tecido ósseo poderia se reparar ao redor dos implantes da melhor maneira possível. Neste trabalho avaliamos a eficácia de 3 modelos de implante com câmaras coletoras funcionais diferentes, em tecido ósseo de minipig. O implante com câmara coletora interna demonstrou-se 37,22% mais eficaz que o implante com câmaras externas e 3 arestas cortantes, quando os alvéolos eram confeccionados sem irrigação e com brocas desgastadas. O implante com câmaras coletoras externas e 4 arestas também demonstrou-se eficaz, porém manteve 83,75% das células viáveis enquanto que no grupo com câmaras internas este resultado foi de 91,39%. / The manufacture of the alveolus can increase the temperature of the drill due to friction heating the adjacent bone tissue and its cellular components, this phenomenon is known by thermal osteonecrosis. The thermal osteonecrosis deteriorates the organic portion of bone (bone matrix and cells), as well as undifferentiated and differentiated cells circulating in the blood and bone marrow. Some studies have demonstrated that bone heating above 47oC for 1 minute causes this phenomenon. Currently there are variations in drilling technique aiming to reduce the heating degree and increase the success rates of rehabilitation treatments. We know that not all professionals are cautious of using quality materials and even the materials with quality after repeated use, lose their effectiveness. Would be ideal that implants manages and removes these areas with thermal osteonecrosis, regardless of the technique of implementing the drilling and the quality of drills. With this, we ensure that bone tissue could possibly repair around implants in the best way. In this study we evaluated the efficacy of 3 implant models with different functional collecting chambers in minipigs bone tissue. The implant with internal collection chamber proved to be 37.22% more effective than the implant with external chambers and three sharp edges, when the alveolus were manufactured without irrigation and uncut drills. The implant with external collecting chambers and four sharp edges also showed an effective but 83.75% of the cells remained viable while in the group with internal chambers this result was 91.39%.

Les céramiques bioinertes (zircone, alumine), sont utilisées dans des dispositifs médicaux pour l’orthopédie et l’odontologie. Leurs surfaces peuvent avoir plusieurs fonctions : fixation du dispositif dans le milieu vivant (ex : implants dentaires), rôle tribologique (prothèses articulaires)… Dans tous les cas, ces surfaces sont traitées pour maximiser leur performance, mais ces modifications peuvent entrainer des conséquences négatives. Ainsi, le 2e chapitre montre qu’introduire de la rugosité par sablage joue sur l’intégrité mécanique et sur la stabilité à long terme de l’alumine, de la zircone et d’un composite alumine-zircone. Par ailleurs, dans les prothèses articulaires, la lubrification joue un rôle fondamental pour minimiser l’usure et donc augmenter la durée de vie moyenne des implants, permettant en outre de favoriser l’adsorption de protéines réduisant le contact direct entre les deux surfaces glissantes. La chimie des surfaces (y compris la présence de contamination) peut modifier ces aspects. Dans le 3e chapitre de ma thèse j’ai étudié l’effet de la contamination et des différentes techniques de nettoyage permettant de la réduire sur la mouillabilité des matériaux typiquement utilisés dans les prothèses de hanche, et sur l’adsorption de protéines à leurs surfaces. Finalement, les cellules utilisent les protéines en surface comme points de fixation et identification. Les implants avec une surface capable de recruter plus de protéines aidant à l’adhésion des cellules auront plus des chances d’être intégrés que des implants recrutant des protéines qui empêchent l’adhésion. Dans le 4e chapitre, j’ai exploré un nouveau concept de modification de surface de la zircone consistant en un greffage d’organosilanes directement sur sa surface, de manière à prouver le potentiel de cette technique à améliorer l’ostéointegration sans diminuer la performance mécanique. / Bioinert ceramics (zirconia, alumina) are used in medical devices in orthopedics and dentistry. Their surfaces may provide different functions: fixation of the device in the living tissue (e.g. dental implants), tribological role(joint substitutions),… In all cases the surfaces are treated to maximize their performance, but this modifications may entail negative consequences. The use of roughness to promote osseointegration of implants is a common practice, especially on dental implants. Roughening is often conducted by mechanical treatments, the most common being sandblasting. Therefore, chapter 2 focus on the implications of roughening by sandblasting on the mechanical behaviour of zirconia, alumina and a zirconia-alumina composite, and the differences between them. The work brought in chapter 3 was carried out entirely during a six-month secondment at CeramTec GmbH. In a bearing couple, lubrication mechanisms are complex and wettability and proteins play a yet-to understand role. The study compared the wettability of different materials, their ability to welcome protein adsorption and the effect of different cleaning procedures on wettability measurements and protein adsorption. Finally, the influence of the surface on cell activity is not driven exclusively by roughness: chemical modifications of the surface may enhance the perception of cells for the surface, and by careful tuning of the surface properties one may achieve a better integration without the downsides of roughness. In chapter 4, we explored a novel modification of zirconia, based on known techniques in chemistry, which introduces molecules with special functional groups capable of rendering the surface friendlier for cell adhesion, and opening the window for new exciting developments in the field of bioinert ceramics.

Dental and orthopaedic implants are currently the solutions of choice for teeth and joint replacements with success rates continually improving, but they still have undesirable failure rates in patients who are compromised by disease or age, and who in many cases are the ones most in need. The success of titanium (Ti) implants depends on their ability to osseointegrate with the surrounding bone and this, in turn, is greatly dependent on the surface characteristics of the device. Advancements in surface analysis and surface modification techniques have improved the biological performance of metallic implants by mimicking the hierarchical structure of bone associated with regular bone remodeling. In this process, damaged bone is resorbed by osteoclasts, which produce resorption lacunae containing high microroughness generated after mineral dissolution under the ruffled border, as well as superimposed nanoscale features created by the collagen fibers left at the surface. Indeed, increasing Ti surface roughness at the micro and sub-microscale level has been shown to increase osteoblast differentiation in vitro, increase bone-to-implant contact in vivo, and accelerate healing times clinically. Recently, the clinical application of surface nanomodification of implants has been evaluated. Still, most clinically-available devices remain smooth at the nanoscale and fundamental questions remain to be elucidated about the effect of nanoroughness on the initial response of osteoblast lineage cells. Another property that could be used to control osteoblast development and the process of osseointegration is the electrical surface charge of implants. The presence of endogenous electrical signals in bone has been implicated in the processes of bone remodeling and repair. The existence of these native signals has prompted the use of external electrical stimulation to enhance bone growth in cases of fractures with delayed union or nonunion, with several in vitro and in vivo reports confirming its beneficial effects on bone formation. However, the use of electrical stimulation on Ti implants to enhance osseointegration is less understood, in part because of the lack of in vitro models that truly represent the in vivo environment. In addition, an aspect that has not been thoroughly examined is the electrical implication of implant corrosion and its effect on the surrounding tissue. Implants are exposed to extreme conditions in the body such as high pH during inflammation, and cyclic loads. These circumstances may lead to corrosion events that generate large electrochemical currents and potentials, and may cause abnormal cell and tissue responses that could be partly responsible for complications such as aseptic loosening of implants. Consequently, Ti implants with tailored surface characteristics such as nanotopography and electrical polarization, could promote bone healing and osseointegration to ensure successful outcomes for patients by mimicking the biological environment of bone without the use of systemic drugs. The objective of this thesis is to understand how surface nanostructural and electrical characteristics of Ti and Ti alloy surfaces may affect osteoblast lineage cell response in vitro for normal tissue regeneration and repair. Our central hypothesis is that combined micro/nanostructured surfaces, as well as direct stimulation of Ti surfaces with fixed direct current (DC) potentials, can enhance osteoblast differentiation.

Thesis (Ph.D)--University of Tennessee Health Science Center, 2007. / Title from title page screen (viewed on October 8, 2007). Research advisor: Joo L. Ong, Ph.D. Document formatted into pages (xiii, 128 p. : ill.). Vita. Abstract. Includes bibliographical references (p. 106-114).