Defeitos ósseos metafisários grandes criados após curetagem de tumores ósseos são normalmente tratados com implantação de cimento sólido de polimetilmetacrilato (PMMA). Com os novos cimentos porosos, reabsorvíveis ou não, espera-se melhores resultados clínicos com diminuição da incidência de soltura asséptica relacionada à necrose térmica do osso, à discrepância das características mecânicas e à ausência de osteointegração. A mistura de componentes efervescentes, como o bicarbonato de sódio e o ácido cítrico, produz cimentos porosos cuja biocompatibilidade e segurança nunca foram testadas, limitando sua utilização clínica. O objetivo deste estudo foi avaliar a eliminação de substâncias tóxicas e o efeito anticoagulante do citrato de sódio, um subproduto da reação. Em experimentos in vitro o cimento sólido de PMMA foi comparado aos cimentos porosos de PMMA e poliuretana de mamona nas duas formas comercialmente disponíveis (Poliquil® e Bioosteo®). Todos os elementos produzidos durante a preparação e a incubação dos cimentos foram analisados por Cromatografia Líquida de Alta Eficiência acoplada a espectrometria de massa e por proliferação de culturas das linhagens celulares NIH/3T3 e MRC-5 coradas com resazurina. Em experimentos in vivo defeitos ósseos criados nos fêmures de coelhos não preenchidos foram comparados com outros preenchidos com os cimentos porosos à base de PMMA e Poliquil®. Foram realizados ressonância magnética, análise dos parâmetros de coagulação antes, imediatamente, 1, 4 e 7 dias após a cirurgia e análise histológica do membro operado, dos rins e do fígado dos coelhos. Ambas as marcas de poliuretana de mamona (Bioósteo® e Poliquil®) liberaram 4,4\'diaminodifenilmetano e a marca Poliquil® liberou também 4,4\'-difenilmetano diisocianato. Ambos os compostos são considerados tóxicos à inalação ou ingestão. A proliferação celular das culturas das linhagens MRC-5 e NIH/3T3 sofreu redução menor que 20% quando em contato com os cimentos à base de poliuretana de mamona e menor que 35% quando em contato com o cimento poroso à base de PMMA, em comparação com o grupo de controle. A diluição do meio de cultura diminuiu este efeito. Acreditamos que a acidez do meio, devido à reação incompleta dos elementos efervescentes, pode ser a causa deste efeito. A análise histológica do fígado e dos rins mostrou algumas pequenas alterações na mesma proporção que no grupo controle. Inferimos que os cimentos porosos não causam toxicidade aguda sistêmica. Em todos os grupos, a análise histológica da área operada mostrou pequenos hematomas e uma ligeira reação de corpo estranho. Não foi encontrada reação inflamatória importante em nenhum dos grupos. Estes dados corroboram a hipótese de que os cimentos porosos são biocompatíveis. O leve efeito citotóxico observado in vitro não pôde ser detectado in vivo, provavelmente pelas condições locais de diluição. A produção de citrato parece não interferir com a coagulação. Os parâmetros de coagulação não sofreram alterações em qualquer momento após a cirurgia e a avaliação por ressonância magnética, assim como a análise histológica, descartou a formação de hematomas consideráveis. Concluímos que o cimento poroso à base de PMMA testado é seguro para o uso clínico, mas que os cimentos porosos à base de poliuretana de mamona eliminam substâncias tóxicas cuja repercussão clínica merece investigação específica. / Large metaphyseal bone defects created after benign bone tumor curettage are usually treated by solid bone cement (PMMA) implantation. Porous and absorbable cements are expected to improve clinical results by lowering incidence of aseptic loosening, heat promoted bone necrosis, bone/cement mechanical discrepancies and absence of bone integration. Effervescent components like sodium bicarbonate and citric acid can be mixed to PMMA producing porous cement that fits intraoperative requirements. Furthermore, castor oil polyurethane is a well-known absorbable cement that can be mixed to effervescent components to produce porous and absorbable bone cement. In vivo and in vitro toxicity of both products have never been tested to support its clinical use. The spurious production of toxic elements and the effect of citrate, an anticoagulant byproduct of the effervescent components reaction, were analyzed. In vitro experiments: The three experimental groups consisted of PMMA or one of the commercially available castor oil polyurethane cements (Poliquil® or Bioosteo®) mixed to the effervescent components specimens. These groups were compared to classic PMMA solid cement specimens. All the elements produced during preparation and incubation of the cements were analyzed by High Efficiency Liquid Chromatography coupled to Mass Spectrometry and by Resazurine microplate assay of NIH/3T3 and MRC-5 fibroblasts strains culture. In vivo experiments: Femoral defects were created in six rabbits per group and filled with PMMA or Poliquil® porous cements or left empty. Magnetic resonance of the limb, histology of the limb, kidneys and liver, and coagulation parameters of blood samples collected immediately after and 1, 4 and 7 days after surgery were analyzed. Castor oil polyurethane of both brands (Bioósteo® and Poliquil®) released 4,4\'-diaminodiphenylmethane. The Poliquil® brand released 4,4\'-diphenylmethane diisocyanate too. Both compounds are considered toxic. The MRC-5 and NIH3T3 cell strains proliferation was decreased in less than 80% in contact with polyurethane cements and less than 65% with PMMA, compared to the control group. Dilution of the medium diminished this effect. We believe that the acidity of the medium due to incomplete reaction of the effervescent components may be the cause of this finding. Liver and kidneys histology showed some slight changes in the same proportion as the control group. We infer that the cements do not cause acute systemic toxicity. In all groups, histologic analysis of the operated area showed small hematomas and a slight foreign body reaction. Significant inflammatory reaction could not be found in any of the study groups. Citrate formation from the effervescent components reaction seems to not interfere with coagulation. Inflammatory reaction around porous cements is similar to that of classic solid PMMA cement. The cytotoxic effect observed in vitro, could not be detected in vivo. Coagulation parameters did not changed at any time after surgery. Magnetic resonance imaging evaluation confirmed that there was no formation of larger hematomas than in specimens of the control group. In conclusion, the tested porous PMMA cement is safe and biocompatible for clinical use. The tested polyurethane porous cements eliminates toxic substances and deserves specific studies to verify clinical safety.

Introdução: O tratamento dos tumores ósseos benignos é frequentemente realizado por abordagem intralesional com curetagem do tumor e preenchimento da falha óssea com substâncias biológicas ou sintéticas. Entre as biológicas estão os vários tipos de enxertos e o maior representante das sintéticas é o cimento ósseo ou polimetilmetacrilato (PMMA). O uso do cimento ósseo compacto pode apresentar problemas devido à necrose térmica, ao afrouxamento asséptico, à incapacidade de remodelação e à elasticidade inadequada em relação ao osso normal. O desenvolvimento de um cimento ósseo esponjoso que atenda a estas demandas mecânicas e biológicas e que seja de fácil manipulação no ambiente cirúrgico tem estimulado alguns pesquisadores. Basicamente, é possível formar poros no interior do cimento por mistura de substâncias hidrossolúveis ou por reação química produtora de gás. Objetivo: Desenvolver e caracterizar fisicamente e mecanicamente um cimento ósseo com poros intercomunicantes de aspecto estrutural esponjoso. Material e métodos: A produção de cimento esponjoso foi realizada misturando-se o PMMA com bicarbonato de sódio e ácido cítrico. Foram confeccionados 90 corpos de prova com 40 mm de altura por 20 mm de diâmetro distribuídos em 6 grupos (n=15): G1 formado por cimento esponjoso em que antes da polimerização do cimento foram adicionados bicarbonato de sódio e ácido cítrico na proporção de 10% em relação ao componente sólido do cimento (polímero); G2 - cimento esponjoso na proporção de 20%; G3 - cimento esponjoso na proporção de 30%; G4 - cimento ósseo de PMMA compacto; G5 - formado por cimento de poliuretana de mamona (Bioósteo®) na proporção de 20%; G6 formado de corpos de prova cilíndricos de osso esponjoso extraído com trefina de côndilos tibiais proximais de bovinos. A qualidade do cimento esponjoso foi avaliada por macroscopia, cálculo de densidade, imersão em azul de metileno, tomografia computadorizada, microscopia eletrônica de varredura e ensaio mecânico de compressão. Resultados: A melhor forma de produção de cimento esponjoso foi pela mistura de PMMA e componentes efervescentes. O teste da imersão em azul de metileno mostrou que os G2 e G3 apresentaram melhor intercomunicabilidade. As análises com o microscópio eletrônico de varredura (MEV) mostraram uma ampla variação no tamanho e distribuição dos poros que medem de 50m a 3mm. Em relação aos ensaios mecânicos não houve diferenças significativas entres os grupos de cimento esponjoso G1, G2 e G3. Estes grupos apresentaram valores pouco inferiores aos do grupo G6 de osso esponjoso bovino. O grupo G4 (PMMA compacto) apresentou valores extremamente altos quando comparado ao osso esponjoso bovino e ao cimento esponjoso. O grupo G5 de cimento ósseo de mamona não atingiu os valores aceitáveis de resistência mecânica. Conclusão: Foi possível desenvolver um cimento esponjoso à base de polimetilmetacrilato pela mistura com os aditivos efervescentes, bicarbonato de sódio e ácido cítrico, que apresenta características físicas e mecânicas desejadas como substituto ósseo esponjoso nas curetagens para tratamento de tumores ósseos benignos. O cimento de mamona esponjoso na forma testada mostrou-se inadequado para os fins pretendidos. / Introduction: Benign bone tumors are usually treated by intralesional curettage. The bone defect may be filled with synthetic or biological substitutes. Polymetylmethacrylate (PMMA) is the most popular synthetic substitute and the solid form is associated to thermal necrosis, aseptic loosening, bone remodeling prevention and distinct elasticity. Research of porous cement that solves these drawbacks and can be molded intraoperatively has encouraged many authors. For surgical purposes, porosity can be achieved by mixing hydrosoluble substances or by gas-foaming reactions. Objective: Development and physical and mechanical characterization of a bone cement with interconnecting pores and cancellous bone like structural aspect. Methods: Porous cement was produced by adding the effervescent components sodium bicarbonate and citric acid to PMMA. Six groups of fifteen cylindrical samples (40 mm height, 20 mm diameter) were compared. G1, G2 and G3 groups consisted of porous cement specimens of PMMA with 10%, 20% and 30% of effervescent components respectively. G4 consisted of solid PMMA cement specimens. G5 group consisted of porous ricinic polyurethane cement (Bioósteo®) with 20% effervescent components specimens. The control group G6 consisted of bovine cancellous bone samples. The porous cements were characterized in terms of porosity, density, pore interconnectivity and compressive strength. Macroscopic evaluation and measuring, methylene blue immersion, Scanning Electron Microscopy (SEM), mechanical testing and a special computed tomography reading software were employed for these evaluations. Results: The pilot study showed that adding effervescent components to PMMA was the best solution for porous cement production. The methylene blue immersion test showed that G2 and G3 groups had better pore interconnection. Scanning electron microscopy (SEM) showed a wide variation in pore size, from 50m to 3mm, and pore distribution. No significant differences between G1, G2 and G3porous cement groups were found regarding to mechanical strength and Young Modulus. Cancellous bovine bone, G6, was slightly stronger and less elastic than these groups. This property is potentially beneficial considering osteointegration as a consequence of Wolfs law. Solid PMMA is extremely strength and inelastic. These properties do not match with cancellous bone. The porous ricinic polyurethane cement (Bioósteo®) is unacceptably weak. Conclusion: Porous cement was developed by adding effervescent components, sodium bicarbonate and citric acid, to polymethylmetacrylate. Physical and mechanical properties are very similar to cancellous bone. Further investigations to evaluate its bone substitute potential should be encouraged. The porous ricinic polyurethane cement (Bioósteo®) is inadequate these purpose.

Neste trabalho, diferentes tipos de microestruturas foram geradas por torneamento com ferramenta de diamante de ponta única e microendentação para serem replicadas através da prensagem a quente. Testes foram realizados para ser avaliada a geração destas microestruturas por dois métodos distintos: microdeformação e microusinagem, planejados para observar a replicação gerada por marca de endentação Vickers (piramidal) e, remoção de material (torneamento com ferramenta de diamante de ponta única). Uma revisão no processo de manufatura aplicada para a replicação de microestruturas é apresentada. Os materiais usados como molde e réplica foram o cobre eletrolítico e o polimetilmetacrilato (PMMA), respectivamente. Inicialmente, a usinabilidade do cobre eletrolítico foi avaliada sob diferentes condições de corte, a fim de determinar parâmetros apropriados de torneamento para obter um fino revestimento de superfície final (rugosidade). Observou-se que para avanços (f) de 10 mícrons por revolução e profundidade de corte (ap) de 5 mícrons, a superfície apresentou um baixo valor de rugosidade, isto é, 2,81 nm para rugosidade média (Ra) e 13,4 nm para rugosidade teórica (Rt). Além disso, observou-se que a microestrutura do material mostrou-se de fundamental papel na rugosidade, por conta da recuperação elástica dos grãos devido a anisotropia da estrutura policristalina do cobre. As microestruturas geradas para a replicagem foram: a) lente esférica, b) perfil senoidal e sulcos concêntricos. Os resultados mostraram que é viável a reprodução, com boa conformidade das microestruturas, por meio de prensagem a quente. Observou-se que as bordas e as superfícies finas com rugosidade em torno de 10 nm rms foram bem replicadas. / In this work, different types of microstructures were generated by single point diamond turning and microindentation for will replicated through the hot embossing. Tests were carried to evaluate the generation these microstructures by two distinct methods: micro-deformation and micro-machining, planned to observe the replication of the mark generated by the Vickers indenter (Pyramidal) and the latter by material removal (single point diamond turning). A review on several manufacturing processes applied to replication of microfeatures, is presented. The materials used as mould and replication workpiece were electroless copper and polymethylmethacrylate (PMMA), respectively. Initially, the machinability of electroless copper was evaluated under different cutting conditions to determinate appropriate turning parameters to obtain very fine surface finish (roughness). It was observed that for f = 10 microns of revolution (feed rate) and ap = 5 microns (depth of cut), the surface presented the roughness’ lowest value, i.e., 2,81 nm to medium roughness (Ra) and 13,4 nm to theoretical roughness (Rt). Moreover, it was observed that the microstructure of the material plays a fundamental role on roughness, because of the elastic recovery of grains due to the anisotropy of the polycrystalline structure of copper. The microfeatures generated were the following: a) spherical lens, b) sinusoidal profile and concentrical grooves. The results showed that it is feasible to reproduce, with good agreement, the microfeatures by means of hot embossing. It was observed that thin edges and fine surfaces with roughness around 10 nm rms were well replicated.

Submitted by Johnny Rodrigues (johnnyrodrigues@ufcg.edu.br) on 2018-04-09T18:16:27Z No. of bitstreams: 1 SANDRO MARTINS DOLGHI - DISSERTAÇÃO PPG-CEMat 2014..pdf: 1349252 bytes, checksum: 7e20e2840dc2a5d2e873cd9b77ed0100 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-04-09T18:16:27Z (GMT). No. of bitstreams: 1 SANDRO MARTINS DOLGHI - DISSERTAÇÃO PPG-CEMat 2014..pdf: 1349252 bytes, checksum: 7e20e2840dc2a5d2e873cd9b77ed0100 (MD5) Previous issue date: 2014-12-19 / O culto à beleza está em evidência no Brasil e no mundo, levando ao crescente aumento de técnicas e procedimentos para corrigir defeitos estéticos e minimizar os efeitos do envelhecimento. Diversas substâncias preenchedoras com fluidos de alta viscosidade ou partículas de polímeros em suspensão têm sido utilizadas em larga escala em procedimentos cosméticos e correção de lipodistrofia de pacientes HIV positivos, submetidos à terapia antirretroviral de alta atividade. O uso de polimetilmetacrilato (PMMA) como substância de preenchimento dérmico tem crescido vertiginosamente, assim como o número de reações adversas decorrentes de seu uso. O PMMA vem sendo utilizado, amplamente como matéria prima na fabricação de diversos dispositivos e produtos médicos desde a década de 40, especialmente em função de sua biocompatibilidade, entretanto, ainda há carência de informações e estudos sobre migração e resposta inflamatória das substâncias comercializadas no Brasil para fins de preenchimento dérmico. Este trabalho teve como objetivo avaliar as características físico-químicas de implantes de PMMA comercializados no Brasil para procedimentos de bioplastia, em três apresentações comerciais do produto com diferentes concentrações, visando delimitar limites aceitáveis para fins de registro destes produtos na Agência Nacional de Vigilância Sanitária (Anvisa), com foco na segurança sanitária. As amostras foram caracterizadas por Difração de Raios X (DRX), Espectroscopia na região do infravermelho com transformada de Fourier (FTIR), Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV), Espectroscopia por Energia Dispersiva de Raios X (EDS), análise de Calorimetria Exploratória Diferencial (DSC), caracterização por Microscopia Óptica (MO). A técnica de DRX mostrou comportamento semicristalino do PMMA. Com a técnica de FTIR constatou-se os grupos funcionais presentes nos implantes. Por meio das técnicas de MO e MEV foi possível perceber a não homogeneidade em relação ao tamanho das microesferas de PMMA. Pôde-se concluir com os resultados de DSC que o pico endotérmico aumentou de acordo com as variações de concentração do PMMA. A partir dos dados obtidos neste trabalho constata-se que o consumidor está sujeito a riscos, visto que a irregularidade das superfícies e variações nos tamanhos das microesferas pode ocasionar reações adversas, em função da fagocitose das microesferas com tamanho inferior a 20 μm. O crescente uso das técnicas de preenchimento com implantes de PMMA, bem como sua indicação para uso em demais especialidades da medicina, o coloca como material a ser ainda amplamente estudado nas mais diversas aplicações do produto na área médica. / The cult of beauty is in evidence in Brazil and in the world, leading to increasing techniques and procedures to correct aesthetic defects and minimize the effects of aging. Several dermal fillers with high viscosity or polymer particles in suspension fluids have been used in large scale in cosmetic procedures and lipodystrophy correction of HIV-positive patients undergoing HAART activity. The use of polymethylmethacrylate (PMMA) as dermal filler substance has grown dramatically, and the number of adverse reactions arising from its use. PMMA has been used widely as a raw material in manufacturing various medical devices and products since the 40s, especially due to its biocompatibility, however, there is still a lack of information and studies on migration and inflammatory response of substances marketed in Brazil dermal filler purposes. This study aimed to evaluate the physical and chemical characteristics of PMMA implants sold in Brazil for bioplasty procedures in three commercial presentations of the product with different concentrations, in order to delimit acceptable limits for registration of these products at ANVISA, with focus on security health. The samples were characterized by X-ray Diffraction (XRD), Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), Scanning Electron Microscopy (SEM), Spectroscopy Energy Dispersive X-ray (EDS) analysis of Differential Scanning Calorimetry (DSC), characterized by Optical Microscopy (OM). The XRD technique showed semi-crystalline behavior of PMMA. FTIR technique found the functional groups present on the implants. Through OM and SEM techniques we saw the inhomogeneity relative to the size of the PMMA microspheres. One can conclude from the results of the DSC endothermic peak increased in accordance with changes in the concentration of PMMA. From the data obtained in this study it appears that the consumer is subject to risks as uneven surfaces and variations in size of the microspheres can cause adverse reactions, depending on the phagocytosis of microspheres with size less than 20 microns. The increasing use of technical fill with PMMA implants, as well as indications for use in other specialties of medicine, places it as material to be still widely studied in various product applications in the medical field.

In this work siloxane-polymethyl methacrylate (PMMA) hybrid materials were synthesized and doped with Eu (III) from solid europium chloride, solid europium (III) nitrate, europium chloride (III) in alcoholic solution and 3-aminopyrazine-2-carboxylate of lanthanum and europium complex. The hybrid was prepared from methyl methacrylate (MMA) and 3-methacryloxy-propyl-trimethoxysilane (MPTS), using benzoyl peroxide (BPO) as polymerization initiator. The use of the sol-gel method by acid catalysis allowed to obtain pure solid materials and doped with europium different sources with amorphous characteristics, as evidenced by the X-ray diffraction powderdata. The insertion of the europium complex in the polycrystalline matrix did not changethe structural characteristics of the samples. It was observed that the materials doped with europium in solution, showed greater adsorbed amounts of solvents and structural features that changethe spectroscopic properties. The samples containing solid salts showed similar structural features. It was observed that the average life time of the radioactive emissions increase with the heat treatment, indicating that the temperature reduces the number of suppressor luminescence groups in the coordinationenvironment oflanthanides ion and the character non monoexponentialof the decay is indicative of the presence different coordination environments. In the 29Si NMR measurementsfor samples containing alcoholic solution of europium chloride are observed monomer (RSi(OSi)(OH)2), diimeric(R-Si(OSi)2(OH)) and fully condensed (RSi(OSi)3)species,having a polycondensationdegree up to 78% . The materialsdoped with europium complex show strong luminescence, except tosamples treated at 200 ° C, which is indicative of thermal degradation of the coordination complex. It was observed that presence of solvent changedthermal stability, different heat treatments and europium sources exerted strong influence on the coordination environment of the Eu (III) ions in the organic -inorganic hybrid materials. / Neste trabalho materiais híbridos Siloxano-Polimetacrilato de metila (PMMA) foram sintetizados e dopados com íons Eu(III) provenientes de cloreto e nitrato de európio (III) sólidos, cloreto de európio (III) em solução alcoólica e complexo 3-aminopirazina-2-Carboxílato de lantânio e európio. O hibrido foi preparado a partir dometacrilato de metila (MMA) e do 3-metacriloxi-propil-trimetoxisilano (MPTS), utilizando-se como agente inicializador de polimerização o peróxido de benzoila (BPO). A utilização dametodologia de síntese sol-gel por catálise ácida possibilitou a obtenção de materiais sólidos puros e dopados com diferentes fontes de európio, com características amorfas, como ficou evidente pelos dados de difração de raios X de pó. A inserção de complexo de európiopolicristalino na matriz não alterou as características estruturais da amostra.Observou-se que os materiais que foram dopados com európio em solução, apresentaram maior quantidade de solventes adsorvidos e características estruturais que alteraram as suas propriedades espectroscópicas. As amostras dopadas com sais sólidos apresentaram características estruturais semelhantes. Observou-se que os tempos de vida médios das emissões radiativas aumentam com o tratamento térmico, o que indica que o tratamentoreduz o número de grupos supressores de luminescência no ambiente de coordenação do íon lantanídeo e o caráter não monoexponencial do decaimento é indicativo da presença de diferentes ambientes de coordenação. Pelo RMN do 29Si para as amostras dopadas com solução alcoólica de cloreto de európio são observadas espécies monoméricas(R-Si(OSi)(OH)2), diméricas(R-Si(OSi)2(OH)) e totalmente condensadas(R-Si(OSi)3) com um grau de policondensação de até 78%. Os materiais dopados com o complexo apresentam forte luminescência, exceto as amostras tratadas a 200°C, o que é indicativo da degradação térmica do complexo de coordenação. Observou-se que a presença de solvente alterou a estabilidade térmica das amostras, e que a diferentes tratamentos térmicos e a dopagem com diferentes fontes de európio influenciaram sensivelmente o ambiente de coordenação dos íons Eu(III) nos materiais híbridos orgânico-inorgânicos.