Thesis (M.S.)--University of Michigan, 1949.

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O crescimento de células em arcabouços tridimensionais porosos tem se tornado progressivamente ativo na engenharia de tecidos. Os arcabouços guiam o crescimento celular, sintetizam uma matriz extracelular e outras moléculas biológicas, e facilitam a formação de tecidos e órgãos funcionais. Um cimento deste tipo pode ser preparado misturando um sal de fosfato de cálcio com uma solução aquosa para que se forme uma pasta que possa reagir à temperatura corporal dando lugar a um precipitado que contenha hidroxiapatita (Ca10(PO4)6(OH)2). A similaridade química e morfológica entre este biomaterial e a parte mineral dos tecidos ósseos permite a osteocondução, sendo o cimento substituído por tecido ósseo novo com o tempo e com a vantagem de não desencadear processos inflamatórios e de corpo estranho, com eventual expulsão do material implantado. O objetivo do presente trabalho foi a obtenção e caracterização de suportes tridimensionais para a engenharia de tecido, com o uso de matérias-primas nacionais, por meio da utilização de microesferas de parafina como corpos geradores de poros. As microesferas foram produzidas por suspensão em solução aquosa de poli (álcool vinílico) (PVA) e sulfato de sódio (Na2SO4). Foram analisadas as fases presentes no cimento sintetizado e após a reação de cura do mesmo, a variação do tamanho de partícula e da resistência mecânica com o tempo de moagem. Foi analisada a porosidade dos suportes e a forma de extração da parafina daqueles que a utilizaram na sua formação. O tamanho de poro dos suportes gerados com a variação da quantidade de fase líquida ficou aquém do tamanho considerado ideal para o crescimento de tecido ósseo. A porosidade dos arcabouços fabricados com esferas de parafina foi observada por microscopia eletrônica de varredura (MEV), e seu comportamento foi analisado a partir de ensaios in vitro em solução SBF (simulated body fluid) e em cultura de células. A utilização de esferas de parafina permitiu a formação de poros com tamanho tal que possibilitam potencialmente o crescimento tecidual e celular. / The growth of cells in three-dimensional porous scaffolds has been extensively studied for use in tissue engineering. They guide grow of cells, synthesize extra cellular matrix and other biological molecules, and facilitate the formation of functional tissues and organs. Bone cements has been developed for biomedical applications for a decade approximately. This kind of cement can be prepared mixing a calcium phosphate salt with aqueous solution forming a paste that can react at body temperature generating a hydroxyapatite precipitated (Ca10(PO4)6(OH)2). The chemical and morphological similarity between the cement composition and the mineral part of the bones allows osteoconduction in the tissue with replacement of cement by new bone formed with the advantage to not unchain inflammatory processes and of strange body. The objective of this work was the use of the α-TCP cement for making these scaffolds, through the variation of the amount of liquid phase in the cement and of the use of paraffin spheres as pore source. These spheres were produced by suspension in water solution of poly (vinyl alcohol) and sodium sulphate (Na2SO4). The phases had been analyzed in the synthesized cement and after the reaction of cure of cement, beyond variation of the particle size and the resistance mechanics with the milling time. It was analyzed the porosity of the scaffolds and the extraction of the paraffin in that supports. The pore size of the supports generated with the variation of the amount of liquid phase was on this side of the size considered ideal for the bone tissue growth. The porosity of scaffolds manufactured with paraffin spheres was observed by Scanning Electron Microscopy (SEM), and its behavior was analyzed from test in vitro in SBF solution (simulated body fluid). The use of paraffin spheres allowed the formation of pores size able to permit tissue growth.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:33:28Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2002-04-04Bitstream added on 2014-06-13T20:25:02Z : No. of bitstreams: 1 cancian_dcj_dr_arafo.pdf: 701669 bytes, checksum: fd8aefd8d48f51c10e40c62ed9f6db8a (MD5) / A proposição deste estudo foi avaliar histologicamente a efetividade do PerioGlass, Fillerbone e Bone Source no preenchimento de cavidades ósseas cirurgicamente criadas em mandíbulas de macacos adultos jovens Cebus apella. Foram criadas duas cavidades transfixantes de 5mm de diâmetro nos ângulos mandibulares. Os defeitos ósseos foram preenchidos aleatoriamente e os grupo divididos da seguinte forma: Grupo I - cavidades preenchidas com osso cortiço-medular autógeno de tíbia; Grupo II - cavidades preenchidas com cimento de fosfato de cálcio (Bone Source); Grupo III - cavidades preenchidas com vidro bioativo (Fillerbone); Grupo IV - cavidades preenchidas com vidro bioativo (PerioGlass). Após 180 dias os animais foram sacrificados, as peças removidas e processadas para obtenção de cortes histológicos. A análise histológica dos resultados demonstrou que a utilização de enxerto ósseo autógeno permitiu reparação total do defeito ósseo; os materiais Fillerbone e PerioGlass permitiram reparo total dos defeitos com íntimo contaato dos grânulos dos materiais com o tecido ósseo neoformado; o material Boné Source não permitiu reparação do defeito ósseo ocorrendo preenchimento do defeito por tecido conjuntivo fibroso e foi em grande parte reabsorvido. / The present study evaluated histological results of filling with autogenous bone, PerioGlass, Fillerbone and Bone Source in bone cavities surgically created in mandible of Cebus apella Monkeys. The surgical cavities were prepared through both mandibular cortices, with a diameter of 5mm, inthe mandibular angle region. The cavities were randomized filled and the groups divided according to the material employed as follow: Group I - Filled with tibial autogenous corticocancellous bone; Group II - Filled with calcium phosphate cement (Bone Source); Group III - Filled with bioactive glass (Fillerbone); Group IV - Filled with bioactive glass (PerioGlass). After 180 days the animals were sacrificed and the specimens followed routine laboratory procedures for hematoxilin/eosin staining and histological evaluation. The histological analysis showed that the autogenous bone allowed total repair of the bone defects; Fillerbone and PerioGlass allowed total repair of the defects with intimate contact of the remaining granules and newly formed bone; Bone Source did not allow bone formation with filling of the defects by connective fibrous tissue and the material was almost totally ressorbed.

O crescimento de células em arcabouços tridimensionais porosos tem se tornado progressivamente ativo na engenharia de tecidos. Os arcabouços guiam o crescimento celular, sintetizam uma matriz extracelular e outras moléculas biológicas, e facilitam a formação de tecidos e órgãos funcionais. Um cimento deste tipo pode ser preparado misturando um sal de fosfato de cálcio com uma solução aquosa para que se forme uma pasta que possa reagir à temperatura corporal dando lugar a um precipitado que contenha hidroxiapatita (Ca10(PO4)6(OH)2). A similaridade química e morfológica entre este biomaterial e a parte mineral dos tecidos ósseos permite a osteocondução, sendo o cimento substituído por tecido ósseo novo com o tempo e com a vantagem de não desencadear processos inflamatórios e de corpo estranho, com eventual expulsão do material implantado. O objetivo do presente trabalho foi a obtenção e caracterização de suportes tridimensionais para a engenharia de tecido, com o uso de matérias-primas nacionais, por meio da utilização de microesferas de parafina como corpos geradores de poros. As microesferas foram produzidas por suspensão em solução aquosa de poli (álcool vinílico) (PVA) e sulfato de sódio (Na2SO4). Foram analisadas as fases presentes no cimento sintetizado e após a reação de cura do mesmo, a variação do tamanho de partícula e da resistência mecânica com o tempo de moagem. Foi analisada a porosidade dos suportes e a forma de extração da parafina daqueles que a utilizaram na sua formação. O tamanho de poro dos suportes gerados com a variação da quantidade de fase líquida ficou aquém do tamanho considerado ideal para o crescimento de tecido ósseo. A porosidade dos arcabouços fabricados com esferas de parafina foi observada por microscopia eletrônica de varredura (MEV), e seu comportamento foi analisado a partir de ensaios in vitro em solução SBF (simulated body fluid) e em cultura de células. A utilização de esferas de parafina permitiu a formação de poros com tamanho tal que possibilitam potencialmente o crescimento tecidual e celular. / The growth of cells in three-dimensional porous scaffolds has been extensively studied for use in tissue engineering. They guide grow of cells, synthesize extra cellular matrix and other biological molecules, and facilitate the formation of functional tissues and organs. Bone cements has been developed for biomedical applications for a decade approximately. This kind of cement can be prepared mixing a calcium phosphate salt with aqueous solution forming a paste that can react at body temperature generating a hydroxyapatite precipitated (Ca10(PO4)6(OH)2). The chemical and morphological similarity between the cement composition and the mineral part of the bones allows osteoconduction in the tissue with replacement of cement by new bone formed with the advantage to not unchain inflammatory processes and of strange body. The objective of this work was the use of the α-TCP cement for making these scaffolds, through the variation of the amount of liquid phase in the cement and of the use of paraffin spheres as pore source. These spheres were produced by suspension in water solution of poly (vinyl alcohol) and sodium sulphate (Na2SO4). The phases had been analyzed in the synthesized cement and after the reaction of cure of cement, beyond variation of the particle size and the resistance mechanics with the milling time. It was analyzed the porosity of the scaffolds and the extraction of the paraffin in that supports. The pore size of the supports generated with the variation of the amount of liquid phase was on this side of the size considered ideal for the bone tissue growth. The porosity of scaffolds manufactured with paraffin spheres was observed by Scanning Electron Microscopy (SEM), and its behavior was analyzed from test in vitro in SBF solution (simulated body fluid). The use of paraffin spheres allowed the formation of pores size able to permit tissue growth.

Orientador: Rosemary Adriana Chiérici Marcantonio / Banca: Luis Carlos Spolidorio / Banca: Marisa Aparecida Cabrini Gabrielli / Banca: Idelmo Rangel Garcia Junior / Banca: Marcio Zaffalon Casati / Resumo: A proposição deste estudo foi avaliar histologicamente a efetividade do PerioGlass, Fillerbone e Bone Source no preenchimento de cavidades ósseas cirurgicamente criadas em mandíbulas de macacos adultos jovens Cebus apella. Foram criadas duas cavidades transfixantes de 5mm de diâmetro nos ângulos mandibulares. Os defeitos ósseos foram preenchidos aleatoriamente e os grupo divididos da seguinte forma: Grupo I - cavidades preenchidas com osso cortiço-medular autógeno de tíbia; Grupo II - cavidades preenchidas com cimento de fosfato de cálcio (Bone Source); Grupo III - cavidades preenchidas com vidro bioativo (Fillerbone); Grupo IV - cavidades preenchidas com vidro bioativo (PerioGlass). Após 180 dias os animais foram sacrificados, as peças removidas e processadas para obtenção de cortes histológicos. A análise histológica dos resultados demonstrou que a utilização de enxerto ósseo autógeno permitiu reparação total do defeito ósseo; os materiais Fillerbone e PerioGlass permitiram reparo total dos defeitos com íntimo contaato dos grânulos dos materiais com o tecido ósseo neoformado; o material Boné Source não permitiu reparação do defeito ósseo ocorrendo preenchimento do defeito por tecido conjuntivo fibroso e foi em grande parte reabsorvido. / Abstract: The present study evaluated histological results of filling with autogenous bone, PerioGlass, Fillerbone and Bone Source in bone cavities surgically created in mandible of Cebus apella Monkeys. The surgical cavities were prepared through both mandibular cortices, with a diameter of 5mm, inthe mandibular angle region. The cavities were randomized filled and the groups divided according to the material employed as follow: Group I - Filled with tibial autogenous corticocancellous bone; Group II - Filled with calcium phosphate cement (Bone Source); Group III - Filled with bioactive glass (Fillerbone); Group IV - Filled with bioactive glass (PerioGlass). After 180 days the animals were sacrificed and the specimens followed routine laboratory procedures for hematoxilin/eosin staining and histological evaluation. The histological analysis showed that the autogenous bone allowed total repair of the bone defects; Fillerbone and PerioGlass allowed total repair of the defects with intimate contact of the remaining granules and newly formed bone; Bone Source did not allow bone formation with filling of the defects by connective fibrous tissue and the material was almost totally ressorbed. / Doutor

O crescimento de células em arcabouços tridimensionais porosos tem se tornado progressivamente ativo na engenharia de tecidos. Os arcabouços guiam o crescimento celular, sintetizam uma matriz extracelular e outras moléculas biológicas, e facilitam a formação de tecidos e órgãos funcionais. Um cimento deste tipo pode ser preparado misturando um sal de fosfato de cálcio com uma solução aquosa para que se forme uma pasta que possa reagir à temperatura corporal dando lugar a um precipitado que contenha hidroxiapatita (Ca10(PO4)6(OH)2). A similaridade química e morfológica entre este biomaterial e a parte mineral dos tecidos ósseos permite a osteocondução, sendo o cimento substituído por tecido ósseo novo com o tempo e com a vantagem de não desencadear processos inflamatórios e de corpo estranho, com eventual expulsão do material implantado. O objetivo do presente trabalho foi a obtenção e caracterização de suportes tridimensionais para a engenharia de tecido, com o uso de matérias-primas nacionais, por meio da utilização de microesferas de parafina como corpos geradores de poros. As microesferas foram produzidas por suspensão em solução aquosa de poli (álcool vinílico) (PVA) e sulfato de sódio (Na2SO4). Foram analisadas as fases presentes no cimento sintetizado e após a reação de cura do mesmo, a variação do tamanho de partícula e da resistência mecânica com o tempo de moagem. Foi analisada a porosidade dos suportes e a forma de extração da parafina daqueles que a utilizaram na sua formação. O tamanho de poro dos suportes gerados com a variação da quantidade de fase líquida ficou aquém do tamanho considerado ideal para o crescimento de tecido ósseo. A porosidade dos arcabouços fabricados com esferas de parafina foi observada por microscopia eletrônica de varredura (MEV), e seu comportamento foi analisado a partir de ensaios in vitro em solução SBF (simulated body fluid) e em cultura de células. A utilização de esferas de parafina permitiu a formação de poros com tamanho tal que possibilitam potencialmente o crescimento tecidual e celular. / The growth of cells in three-dimensional porous scaffolds has been extensively studied for use in tissue engineering. They guide grow of cells, synthesize extra cellular matrix and other biological molecules, and facilitate the formation of functional tissues and organs. Bone cements has been developed for biomedical applications for a decade approximately. This kind of cement can be prepared mixing a calcium phosphate salt with aqueous solution forming a paste that can react at body temperature generating a hydroxyapatite precipitated (Ca10(PO4)6(OH)2). The chemical and morphological similarity between the cement composition and the mineral part of the bones allows osteoconduction in the tissue with replacement of cement by new bone formed with the advantage to not unchain inflammatory processes and of strange body. The objective of this work was the use of the α-TCP cement for making these scaffolds, through the variation of the amount of liquid phase in the cement and of the use of paraffin spheres as pore source. These spheres were produced by suspension in water solution of poly (vinyl alcohol) and sodium sulphate (Na2SO4). The phases had been analyzed in the synthesized cement and after the reaction of cure of cement, beyond variation of the particle size and the resistance mechanics with the milling time. It was analyzed the porosity of the scaffolds and the extraction of the paraffin in that supports. The pore size of the supports generated with the variation of the amount of liquid phase was on this side of the size considered ideal for the bone tissue growth. The porosity of scaffolds manufactured with paraffin spheres was observed by Scanning Electron Microscopy (SEM), and its behavior was analyzed from test in vitro in SBF solution (simulated body fluid). The use of paraffin spheres allowed the formation of pores size able to permit tissue growth.

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La presente Tesis Doctoral se titula "Obtención y caracterización de nuevos cementos óseos de fosfatos de calcio en el sistema DCP&#8213;alfa-TCP". Los cementos de fosfatos de calcio (CFC) son materiales biocompatibles que tienen la propiedad de endurecer en condiciones fisiológicas formando una estructura porosa de cristales interconectados de hidroxiapatita, i.e. la fase mineral de los tejidos óseos. Estos materiales pueden ser diseñados para que sean inyectables y tengan distintos porcentajes de porosidad. Este hecho permite obtener cementos con distintas tasas de reabsorción ósea que pueden aplicarse con técnicas de mínima invasión. En general, estas propiedades otorgan a estos biomateriales un excelente interés en campos de aplicación de prevención, reconstrucción o estabilización ósea (p.e.: osteoporosis, cirugía craneofacial, vertebroplastia, cifoplastia).Esta Tesis Doctoral consta de 6 capítulos. El Capítulo 1 (Cementos óseos de fosfatos de calcio) recoge el estado del arte de los CFC. Se realiza una revisión bibliográfica crítica de toda la información de interés. Se concluye la necesidad de realizar estudios cinéticos que expliquen adecuadamente las propiedades de fraguado de estos cementos y permitan diseñar cementos con mejores propiedades. El Capítulo 2 (Materiales y métodos utilizados en la fabricación y caracterización de cementos óseos de fosfatos de calcio) describe el protocolo de trabajo seguido para caracterizar los CFC física y químicamente. Este protocolo permite establecer correlaciones entre la microestructura y las propiedades macroscópicas. El Capítulo 3 (Estudio de la cinética de la reacción de fraguado de un cemento óseo de fosfato de calcio) investiga la cinética de fraguado de un cemento octocálcico en el sistema DCP&#8213;alfa-TCP. Los resultados mostraron que: (a) sólo el alfa-TCP reaccionó para dar una hidroxiapatita deficiente en calcio (CDHA); (b) el porcentaje de reacción y la resistencia mecánica a compresión estaban correlacionadas; (c) el cemento presentó una estructura de cristales interconectados con distinto grado de compacidad. El Capítulo 4 (Estudio de nuevas formulaciones de cementos de fosfatos de calcio en el sistema DCP&#8213;alfa-TCP) investiga las propiedades de fraguado y de resistencia mecánica de cementos del sistema DCP&#8213;alfa-TCP en el intervalo de relaciones Calcio/Fósforo (Ca/P) 1.26<Ca/P<1.50. Se estudia cómo varían la trabajabilidad, los tiempos de fraguado y la resistencia a la compresión. También se estudia el efecto de la adición de carbonato cálcico (CC) sobre las propiedades de fraguado ya que se espera obtener como producto final de la reacción de fraguado una hidroxiapatita deficiente en calcio carbonatada y, por lo tanto, más semejante a la apatita de la fase mineral ósea. Los resultados mostraron que la adición de un 10 % de CC produjo un efecto fluidificante sobre los cementos con un incremento en los valores de los tiempos de fraguado. El análisis de la evolución de la resistencia a la compresión con el tiempo demostró que el CC actúa como un retardador. Sin embargo, la resistencia final alcanzada representa en muchos casos un incremento de más del 40 %. El Capítulo 5 (Discusión general) discute los resultados más relevantes analizados a lo largo de los Capítulos 3 y 4 para comprender las posibilidades clínicas que este tipo de materiales nos ofrece. El Capítulo 6 (Conclusiones) presenta una serie de conclusiones obtenidas a partir de los resultados de los Capítulos 3 y 4. Son conclusiones extraídas a partir del análisis de los resultados de determinadas poblaciones de muestras. Como los intervalos de variabilidad de los parámetros de cada población son diferentes, muchas de las conclusiones no son generalizables a todo el sistema DCP&#8213;alfa-TCP, sino que se han de leer dentro de este sistema y en las condiciones experimentales estudiadas. Finalmente, la Tesis Doctoral lista el conjunto de referencias bibliográficas utilizadas en este trabajo de investigación.

Ziel der vorliegenden Arbeit war die biologische Charakterisierung neuartiger nanostrukturierter und für die Knochenregeneration geeigneter Calciumphosphatzemente (CPC). Hierzu wurde ein aus α-Tricalciumphosphat, Calciumhydrogenphosphat, gefälltem Hydroxylapatit und Calciumcarbonat bestehender CPC verwendet, der mit den Biomolekülen Cocarboxylase, Glucuronsäure, Weinsäure, Glucose-1-phosphat, Arginin, Lysin und Asparaginsäure-Natriumsalz modifiziert wurde. Ermittelt wurde dabei der Einfluss der Modifikationen auf die Proteinadsorption und die Biokompatibilität. In Vorversuchen wurden die Zementmodifikationen hinsichtlich ihrer Bindungskapazität für humane Serumproteine und für das knochenspezifische Protein Osteocalcin (OC) sowie hinsichtlich ihrer Eignung für die Adhäsion, Proliferation und osteogene Differenzierung von humanen fötalen Osteoblasten (hFOB 1.19) und humanen mesenchymalen Stammzellen (hMSC) untersucht. Dabei erwiesen sich die Modifikationen mit Cocarboxylase, Arginin und Asparaginsäure-Natriumsalz als besonders günstig. Mit diesen „Favoriten“ erfolgte eine detailliertere Analyse der Adsorption humaner und boviner Serumproteine sowie der knochen-spezifischen Proteine Osteocalcin, BMP-2 und VEGF. Dabei führte sowohl der Zusatz von Cocarboxylase, als auch der von Arginin und Asparaginsäure-Natriumsalz zu einer erhöhten Adsorption von Serumproteinen. Die Bindungsaffinität des Basiszements gegenüber Osteocalcin, BMP-2 und VEGF konnte durch Funktionalisierung mit Arginin gesteigert werden. Während die Modifizierung mit Cocarboxylase nur die VEGF-Adsorption förderte, bewirkte der Zusatz von Asparaginsäure-Natriumsalz eine Erhöhung der Osteocalcin- und BMP-2-Adsorption. Bedingt durch die größere spezifische Oberfläche der noch nicht abgebundenen Zemente, war die Menge adsorbierter Proteine auf frisch hergestellten Zementproben im Vergleich zu abgebundenen und ausgehärteten Zementen signifikant höher. Die Eignung der ausgewählten Zementvarianten als Knochenersatzmaterialien wurde mithilfe humaner mesenchymaler Stammzellen zweier verschiedener Spender getestet. Bei Verwendung abgebundener und ausgehärteter Zemente waren die hMSC in der Lage, auf allen Modifikationen zu adhärieren, zu proliferieren und in die osteogene Richtung zu differenzieren. Eine vorherige Inkubation der Zementproben mit humanem Serum förderte dabei vor allem die Zelladhäsion. Weiterhin konnte gezeigt werden, dass hMSC im Gegensatz zu anderen Studien auch auf frisch hergestellten Zementproben adhärieren, proliferieren und differenzieren können. Die Modifizierung des Basiszements mit Cocarboxylase führte hierbei zu einer gegenüber den anderen Modifikationen signifikant erhöhten Zelladhäsion und -vitalität. Neben den verschieden modifizierten Pulver/Flüssigkeitszementen wurden im Rahmen dieser Arbeit neuartige ready-to-use Zementpasten untersucht. Diese zeigten allerdings im Vergleich zu den herkömmlichen Zementen eine geringere Proteinbindungsaffinität. HMSC, die auf den Pastenzementen kultiviert wurden, war es wiederum möglich zu adhärieren, zu proliferieren und den osteoblastenspezifischen Marker Alkalische Phosphatase zu exprimieren. Hinsichtlich ihrer Biokompatibilität sind sie damit vergleichbar zu den herkömmlichen Pulver/Flüssigkeitszementen.