Uma série de novas estratégias vem sendo desenvolvidas com o objetivo de otimizar a reparação óssea, pois os métodos atualmente disponíveis em ortopedia humana e veterinária não apresentam resultados plenamente satisfatórios. Inúmeros pesquisadores dedicam-se ao desenvolvimento e estudo da compatibilidade de novos implantes com o propósito de acelerar a reparação óssea. O polímero a base de óleo de mamona tem chamado atenção para a sua aplicação como substituto ósseo, pois é um produto natural, biocompatível e com propriedades estruturais semelhantes às do tecido ósseo. Seis equinos foram submetidos à ostectomia na superfície diafisária dorsal de seus terceiros metacarpianos. Uma das falhas ósseas foi preenchida com o polímero a base de mamona e o outra, no membro contralateral permaneceu sem preenchimento, atuando como controle. Os animais foram acompanhados por um período de 120 dias após o procedimento através de monitoramento radiográfico da densidade óssea. Após este período, realizou-se biópsia para avaliação histológica por microscopias de luz e eletrônica de varredura. A densitometria óptica revelou valores médios de 14,17mmAl ± 1,722 e 16,33mmAl ±1,633 (p=0,027) para os grupos polímero e controle, respectivamente. A microscopia óptica de luz demonstrou maior porcentagem de tecido ósseo neoformado no grupo controle (50,15% ±14,83) quando comparado ao grupo polímero (26,94% ±12,06), com p0,0001. No entanto, a microscopia eletrônica de varredura permitiu observar que a qualidade do tecido ósseo formado na presença do biomaterial foi mantida. Além disso, não foram observadas reações adversas ao biomaterial, como a formação de tecido cicatricial ou reações de corpo estranho, levando a conclusão de que a poliuretana de óleo de mamona pode ser considerada adequada ao preenchimento de falhas ósseas em equinos, uma vez que desmonstrou compatibilidade e osteocondutividade. / A series of new strategies have been developed in order to optimize bone repair, because the methods currently available for human and veterinary orthopedics have no fully satisfactory results. Many researchers have dedicated to develop and study the compatibility of new implants in order to accelerate bone repair. The polymer of castor oil have drawn attention for its application as a bone substitute because it is a natural, biocompatible and have structural properties similar to bone tissue. Six horses were submited to ostectomy on the dorsal surface of its third metacarpal bone. One of the bone defects was filled with polymer of castor oil and the other remained unfilled, as a control group. The animals were followed for a period of 120 days after the procedure by monitoring radiographic bone density. After this period, a biopsy was performed for histological evaluation by light and scanning electron microscopy. The optical densitometry revealed medium values of 14.17mmAl ± 1.722 and 16.33mmAl ± 1.633 (p = 0.027) for the polymer and control groups, respectively. The light microscopy showed a higher percentage of new bone formation in the control group ( 50.15% ± 14.83 ) than in the polymer group ( 26.94 % ± 12.06 ) , with p 0.0001. However, scanning electron microscopy allowed to observe that the quality of bone formation tissue in the presence of biomaterial was maintained. Furthermore, there were no adverse reactions to biomaterial, such as scar formation or as a foreign body reaction, allowing to conclude that the polymer of castor oil can be considered suitable to fill bone defects in horses, since it demonstrated compatibility and osteoconductivity.

Na ortopedia humana e veterinária é frequente a necessidade de reparação óssea após grandes traumas e fraturas, sendo indispensável o uso de implantes para correção estética e funcional dos membros. Os materiais de origem biológica, conhecidos como biomateriais, estão sendo usados principalmente na confecção de próteses e órteses. A utilização de ferramentas não invasivas e com menor ônus no pós-operatório de cirurgias ortopédicas está em grande avanço, e a utilização do Power Doppler na visualização de neovascularização auxilia na previsão de regeneração, assim como as variações térmicas verificadas pela termografia auxiliam na previsão de não-união, ou processo inflamatório exacerbado. Falhas ósseas foram realizadas nas tíbias de ovinos e preenchidas com biomaterial à base de quitosana, colágeno e hidroxiapatita, sendo que um membro foi considerado controle e outro membro tratado segundo estudo randomizado. Foram realizadas avaliações termográficas e por ultrassonografia Power Doppler em todos os animais do estudo, semanalmente, por 56 dias do período pós-operatório. Não houve diferenças significativas com relação à temperatura mínima, máxima e média entre os grupos com biomaterial e controle nas imagens termográficas. Houve variações estatísticas com relação ao tempo dentro de ambos os grupos. Com relação à presença de vasos na ultrassonografia Power Doppler não houve diferenças estatísticas entre os grupos, exceto no dia 21 (p = 0,031). O Power Doppler foi realizado com duas configurações PRF 1 (1,4 kHz) e PRF 2 (6, 7 kHz). Houve diferença significativa entre os grupos com biomaterial e controle na PRF 1 nos dias 21 (p = 0,016) e 28 (p = 0,031), onde o grupo controle apresentou maior número de vasos nos dois momentos. Não houve diferença estatisticamente significativa com relação à mesma avaliação com a PRF 2. Na observação cruzada entre presença de vasos e temperatura houve diferença significativa no dia 21 dos membros com biomaterial, para a temperatura mínima (p = 0,049), máxima (p = 0,056) e média (p = 0,052), onde nos membros que não apresentaram vasos esta mostrou-se maior quando comparada aos que possuíam neovascularização, o que não ocorreu no caso dos membros controles. Dentro das possibilidades de avaliação que os exames de imagem fornecem, a termografia e a ultrassonografia Power Doppler mostraram-se ferramentas não invasivas de avaliação pós-operatória de processo inflamatório e neovascularização, e não houve indícios de complicações relacionadas ao biomaterial / Trauma and large fractures frequently need repair in human and veterinary medicine, and bone implants are imperative for esthetics and functional limb correction. Biological material, known as biomaterials has been used in the manufacture of prostheses and orthoses. Non-invasive methods with lower burden for the orthopedic postoperative period are in great advance, and Power Doppler for neovascularization evaluation aid in regeneration forecast, such as thermal variations visualized with thermography supports non-union or inflammation exacerbation. Bone defects was performed in both ovine tibia and it was filled with chitosan, collagen and hydroxyapatite biomaterial. One limb was filled with the biomaterial and the other one was left as control following randomized study. Thermographic and Power Doppler ultrasonography assessment was performed in all animals, weekly, for 56 postoperative days. There was no difference in minimum, maximum and average temperature between the biomaterial and control groups in the thermographic evaluation. Statistical variations were visualized according to the time in both groups. Neovascularization evaluated by Power Doppler showed no statistic variation between groups, except at 21 postoperative days (p = 0,031). Two Power Doppler PRF configuration was performed PRF 1 (1,4 kHz) e PRF 2 (6, 7 kHz). Significant difference among biomaterial and control groups was noted with PRF 1 at the 21 (p = 0,016) and 28 (p = 0,031) postoperative days, in which the control group demonstrated higher number of vessels, in both moments. No statistical differences were founded in the same evaluation with PRF 2. In crossing information (neovascularization presence and temperature) at the 21 day, the biomaterial group presented higher minimum (p = 0,049), maximum (p = 0,056) and average (p =0,052) in the without vessels limbs. This was not visualized in the control group. Within the imaging evaluation possibilities, thermography and Power Doppler ultrasonography presented noninvasive potential for the postoperative period inflammatory and neovascularization evaluation and there was no evidence of biomaterial related complications

A reconstrução anatômica de fraturas em ossos longos em equinos é um grande desafio para o Médico Veterinário. Na tentativa de melhorar os resultados da técnica, estabilizando e preenchendo áreas onde houve perda óssea, o uso de substitutos ósseos, entre eles os biomateriais, vêm apresentando bons resultados. Os polímeros podem ser uma opção viável, funcional e economicamente, de substituto ósseo para aplicação em ortopedia de equinos. O objetivo deste estudo foi avaliar o comportamento biológico do equino frente à implantação de polímero de poliuretana de mamona acrescido de carbonato de cálcio após implante em osso III metacarpiano. Seis equinos hígidos foram submetidos à ostectomias unicorticais de 13mm de diâmetro na região proximal da superfície dorsal do III metacarpiano. Em seguida, de forma randômica, foi implantado o polímero de mamona em um membro torácico. No membro contralateral, foi reproduzida a técnica, porém a falha foi mantida sem preenchimento, servindo como controle do remodelamento ósseo. Todos os animais foram submetidos à avaliação física, radiográfica, ultrassonográfica, termográfica e perfil bioquímico previamente a cirurgia para identificação dos parâmetros pré-cirúrgicos. No período pós-operatório, os animais foram avaliados através de exame físico diário durante os 120 dias de observação, exame radiográfico, exame ultrassonográfico, exame termográfico e monitoramento do perfil sérico da fosfatase alcalina, cálcio e fósforo nos momentos sete, 15, 30, 60, 90 e 120 dias de pós-operatório. Com 120 dias de pós-operatório, novamente sob anestesia geral, realizou-se biópsia óssea com trefina de 0,5cm de diâmetro na área de interface implante-osso (membro polímero) e osso-osso neoformado (membro controle). O material foi processado e desmineralizado para microscopia de luz sendo realizadas técnicas de coloração de Hematoxilina-Eosina e Tricrômico de Masson para análise descritiva e morfométrica. A avaliação física de cada animal demonstrou não haver desconforto relacionado ao procedimento e à presença do implante, baseando-se na análise de presença de claudicação e parâmetros físicos (frequência cardíaca, frequência respiratória e temperatura retal) ao longo dos 120 dias. A avaliação ultrassonográfica permitiu identificação da formação de tecido mineralizado e pico de neovascularização no 30º dia de pós-operatório. A partir da dosagem sérica de fosfatase alcalina foi possível identificar pico desta enzima também no trigésimo dia. A avaliação termográfica demonstrou não haver aumento de temperatura local, decorrente de resposta inflamatória, ao longo do tempo de observação, porém foi possível identificar resposta mais intensa no 7º dia no membro polímero, quando comparado ao membro controle. O estudo histológico demonstrou comportamento osteocondutor do polímero sem reação de cápsula fibrosa ou resposta inflamatória crônica. Esta pesquisa apresentou resultados que demonstram biocompatibilidade do polímero de poliuretana de mamona acrescido de carbonato de cálcio em tecido ósseo equino e conclui-se que este biomaterial apresenta potencial para uso como substituto ósseo em equinos. / Anatomical reconstruction of long bone fractures remains a challenge to the equine practitioner to date. Bone surrogate biomaterials have been developed to improve surgical outcomes in cases involving bone tissue loss, with promising results. Biopolymers may be a feasible, functional and economically viable alternative for bone substitution in horses. This study evaluated the biological behaviour of castor oil-calcium carbonate polymer following implantation in the equine third metacarpal bone. Six healthy horses were submitted to bilateral dorsal unicortical osteotomy (13 mm in diameter) on the proximal aspect of the third metacarpal bone. One front limb was randomly selected for castor oil polymer implantation while the contralateral limb was left untreated to serve as control for bone remodeling. Preoperative evaluation consisted of physical, radiographic, ultrasonographic and thermographic assessment, and serum biochemistry profile determination. Horses were submitted to daily physical examination during the 120-day follow-up period. Radiographic, ultrasonographic and thermographic reassessments were performed on postoperative days seven, 15, 30, 60, 90 and 120, along with determination of alkaline phosphatase, calcium and phosphorus serum levels. On postoperative day 120, horses were reoperated under general anesthesia and a 0.5 mm biopsy fragment collected from the bone-implant or bone-new bone interface. Biopsy specimens were processed, demineralized, stained with hematoxylin-eosin or Massons trichrome and submitted to descriptive and morphometric analysis under light microscopy. Horses showed no signs of pain (i.e. lameness or changes in rectal temperature, heart and respiratory rates) related to the surgical procedure or the presence of the implant during the 120-day follow-up period. Ultrasonographic reassessment revealed mineralized tissue formation and peak neovascularization on postoperative day 30. Peak alkaline phosphatase levels were also observed on the same day. Local temperature differed significantly between treated and control limbs on postoperative day 7, but not thereafter. Absence of encapsulation or signs of chronic inflammatory response on histology suggests osteoconductive behaviour of the Ricinus communis polymer. Based on the results of this study, castor oil-calcium carbonate polymer is biocompatible with the equine bone tissue and represents a potential surrogate biomaterial for bone substitution in horses.

Os estudos na área de engenharia de tecidos aplicada à reparação da cartilagem articular estão voltados ao desenvolvimento de uma matriz biocompatível que permita a diferenciação, proliferação e manutenção de células para produção de cartilagem hialina. A quitosana é um biomaterial e vem sendo estudada como suporte para condrócitos e para liberação controlada de substâncias. O objetivo deste trabalho foi estudar a biocompatibilidade do gel de quitosana associada ao fosfato de glicerol para reparação de defeitos osteocondrais induzidos experimentalmente na tróclea do talus de eqüinos. Foram utilizados cinco cavalos da raça Mangalarga, de três anos de idade, e por artroscopia foi criado um defeito osteocondral na tróclea lateral do talus de cada articulação. De forma aleatória um defeito foi escolhido para implante do gel de quitosana - fosfato de glicerol, e o defeito da articulação contralateral foi mantido vazio, servindo como controle. Para acompanhamento da evolução do processo de reparação da cartilagem articular foram realizados os exames físico, radiográfico e ultrassonográfico; análise do líquido sinovial (física, celularidade, quantificação de proteína, condroitim sulfato e ácido hialurônico); e análise da cartilagem articular (histológica e produção de proteoglicanos). Os resultados obtidos de todas as avaliações realizadas foram semelhantes entre os defeitos tratados e controle. O gel de quitosana fosfato de glicerol é biocompatível com o ambiente articular e pode ser indicado para futuras aplicações como suporte de células e para liberação controlada de medicamentos. / The tissue engineering studies applied to articular cartilage repair are focused on the development of scaffold biocompatibility allowing the differentiation, proliferation and cells maintenance providing production of the hyaline cartilage. Chitosan is a biomaterial that has been evaluated as a scaffold for chondrocyts implant and also as a drug-delivery control material. The aim of this work was to evaluate the chitosan glycerol phosphate gel biocompatibility in experimentally induced equine talus osteochondral defect. Five three years old Mangalarga breed horses were submitted to arthroscopy for osteochondral defect production on the lateral troclea of the talus in both tibiotarsal joints by arthroscopy. In a random form one defect was chosen for chitosan-glycerol phosphate gel implant, and the defect of the opposed joint was kept empty and used as a control. For the assessment of the articular cartilage repair process was performed the physic, radiographic and ultrassonographic exams; the synovial fluid analyze (physic, cellularity, protein quantification, chondroitin sulphate and hialuronan); and the articular cartilage analyze (hystologic and proteoglicans production). The results obtained in all evaluations performed were similar between the treated and control defects. The chitosan glycerol phosphate gel is biocompatible with the articular environment and can be indicate for future applications as an scaffold for cells support and drug-delivery control system.

A ocorrência de fraturas em animais e, especialmente nas espécies de grande porte, geram preocupação quanto ao custo do tratamento e a ocorrência de sequelas, pois há a possibilidade de complicações pela carga excessiva que esses animais exercem sobre os membros. Dessa forma é importante a imobilização imediata do membro e de maneira adequada, e avaliar se há necessidade de se realizar cirurgia para estabilização da fratura. Em algumas fraturas pode haver falhas ósseas, principalmente em fraturas cominutivas com extensa lesão de tecidos adjacentes, o que dificulta e prolonga o tempo de consolidação. Por essas razões vem sendo estudado, há alguns anos, o uso de substitutos ósseos na forma de cimentos ou mantas ósseas para reparar esses defeitos. O estudo com biomateriais como substitutos ósseos tem tido grande evolução nos últimos anos, e aqueles à base de quitosana, hidroxiapatita e colágeno apresentam grande vantagem, pois a quitosana estimula a regeneração óssea, a hidroxiapatita confere a dureza que o material exige, e o colágeno fornece maleabilidade. O presente projeto teve por objetivo avaliar o reparo ósseo após implante de compósito à base de quitosana, hidroxiapatita e colágeno, em falhas ósseas de tíbias de ovinos induzidas experimentalmente. Foram utilizados os métodos de imagem por densitometria ótica radiográfica e microtomografia computadorizada 3D para avaliar o grau e o tempo de reparo ósseo, assim como a densidade mineral óssea durante a cicatrização. As falhas ósseas foram confeccionadas nas tíbias de ovelhas, em ambos os membros, onde foi implantado o biomaterial em um deles, e o membro contralateral mantido como controle. Posteriormente, os animais foram submetidos a exames radiográficos, quinzenalmente, até 90 dias de pós operatório. Após este período, os animais foram submetidos à eutanásia e fragmentos das tíbias foram colhidos para avaliação por microtomografia computadorizada 3D. Observou-se, pelos resultados qualitativos das imagens radiográficas e dos dados estatísticos, que houve absorção gradativa do biomaterial, e que não houve diferença estatística em relação à densidade mineral óssea entre os dois grupos estudados, embora a DMO tenha sido maior nos membros com o biomaterial. Este método mostrou-se prático e eficaz, além de ser uma técnica não invasiva. A microtomografia computadorizada 3D revelou importantes informações quanto à porosidade óssea e volume ósseo entre os dois grupos. As imagens em 3D mostraram detalhes do osso que não eram possíveis de visualizar por meio das radiografias. Dessa forma é uma técnica bastante eficaz e detalhada, mas é necessária padronização de todas as amostras para poder quantificar os valores adequadamente. O estudo estatístico não mostrou diferenças entre os grupos com biomaterial e controle para os parâmetros de volume ósseo, grau de porosidade e porcentagem de volume ósseo. Porém, pelas imagens em 3D observa-se nitidamente maior quantidade de poros nas amostras controle em relação às amostras com biomaterial. Conclui-se com este estudo que as técnicas de densitometria óssea por raios-X e µCT 3D são bastante eficazes para avaliar a cicatrização óssea em ovinos / The occurrence of fractures in animals and, especially, in large animals are conditions that generate concern about the cost of treatment and the occurrence of future complications because there is the possibility of complications due to excessive load that these animals receive in their limbs. Thus, it is important the limb immobilization immediately and appropriately and assess whether it is necessary to perform surgery to stabilize the fracture. In some kinds of fractures, it might have large bone defects, mainly in comminuted fractures with extensive damage to surrounding tissue, which makes it more difficult and prolongs the consolidation time. For these reasons, scientists have been studied the use of bone substitutes in the form of bone cements to repair these defects. The study of biomaterials as bone substitutes has had great progress in last years, and those based on chitosan, hydroxyapatite and collagen had great advantage because chitosan stimulates bone regeneration, hydroxyapatite confers the hardness that the material requires, and collagen provides flexibility to the material. This project aims to assess bone repair after deploying a composite of chitosan, collagen and hydroxyapatite in bone defects experimentally induced in sheep tibiae. For assessing the degree and the time of bone healing, it was used imaging techniques like radiographic bone densitometry and 3D micro-computed tomography. Bone defects were made in the sheep tibiae in both limbs where the biomaterial was deployed in one of them, and the control was the contralateral limb. After the surgeries, the animals were submitted to radiographic exams every two weeks until 90 days postoperatively. After this period, the animals were euthanized and harvested tibiae fragments for evaluation by 3D micro-computed tomography. Through the qualitative results of images and statistical data, it was observed, radiographically, that there was a gradual absorption of the biomaterial, and also that there was no statistical difference in relation to bone mineral density between the two groups. The method of determining the X-ray BMD proved to be practical and effective, and it is a noninvasive technique. 3D micro-computed tomography revealed important information about bone porosity and bone volume between the two groups. The 3D images showed bone details that were not possible to visualize through radiographs. Thus it is a highly effective and detailed technique, but it requires patterning of all the samples in order to quantify the amounts properly. Statistical analysis showed no differences between the groups for bone volume parameters, degree of porosity and percentage of bone volume. However in the 3D images, it can be observed clearly larger amount of pores in the control samples in comparison to those with biomaterial. It is concluded from this study that the techniques of bone densitometry X-ray and 3D µCT are very effective to evaluate bone healing in sheep. Bone mineral density was higher in limbs with biomaterial and there was a higher bone volume and lower degree of porosity in the samples with biomaterial compared to the control group

Magnesium is a biodegradable biomaterial that was tested and used, in vivo in humans, as early as in the twentieth century. However, because of the difficulty to regulate the fast degradation of those implants, causing considerable complications, the element was not used in musculoskeletal surgery anymore. In the last decade, a rediscovery of biodegradable implants made of magnesium alloys has been made. Magnesium alloys have turned out to be fully degradable and even have osteoinductive properties, causing an increase in bone mass. A lot of research is still needed to be able to safely use implants made of magnesium alloys in human patients. In this project, two different biomaterials (Modified BioGlass and Magnesium alloy WE43) were tested with L929 cells, to assess the cell viability using alamarBlue assay.  The Modified BioGlass was tested in four different concentrations, 100 % BioGlass, 90 % BioGlass & 10 % Silver (Ag), 80 % BioGlass & 20 % Ag, 50 % BioGlass & 50 % Ag. Silver is an antibacterial element with bacteriostatic properties and is needed in bioactive materials to avoid infections when prosthetic implants are placed inside the body. The results showed an increase in viability as Ag was added to the BioGlass. Due to Ag being antibacterial, the Ag concentration should be limited for a higher viability, because a higher concentration of Ag would not only kill bacteria, but even harm cells. For further testing, it is suggested to test different concentrations of Ag between 20 % and 50 %. The Magnesium alloy WE43 was tested in nine different concentrations, 5, 10, 25, 50, 75, 100, 125, 150 and 200 μg/ml. As the concentration increased from 5-200 μg/ml, the maximum decreasing of the viability was 55 %. This showed that the biomaterial is biocompatible as it is still over 50 %, if compared to the Modified BioGlass experiment, where the Bioglass would reach as low as 40 % in viability. For future analysis it would be suggested to work with higher concentrations to see a greater difference in viability and cytotoxicity. / Benremodellering är den naturliga processen för benbildning, genom att benvävnad förnyas eller repareras under människans livstid. Ibland kan komplexa tillstånd av bendefekter orsakade av t.ex. infektioner, skelettavvikelser eller tumörexcisioner kräva en stor mängd ny benbildning. Inerta biomaterial, som t.ex. rostfritt stål och titan har använts som ortopediska implantat för att stabilisera benfrakturer sedan 1900-talet. Ortopediska implantat gjorda av dessa material är dock inte biologiskt nedbrytbara och kommer så småningom att slitas ner i kroppen, vilket kan orsaka irritation och smärta för patienten. På grund av dessa instabila egenskaper, är det inte så ovanligt att patienter genomgår en andra operation för att ta bort, eller byta ut protesen. Magnesium är ett biologiskt nedbrytbart biomaterial som testades och användes, in vivo på människor redan under 1900-talet. På grund av svårigheten att reglera den snabba nedbrytningen av dessa implantat, vilket orsakade avsevärda komplikationer, slutade metallen användas vid muskuloskeletal kirurgi.  Under det senaste decenniet har en återupptäckt av biologiskt nedbrytbara implantat gjorda av magnesiumlegeringar gjorts. Magnesiumlegeringar har visat sig vara helt nedbrytbara och har till och med osteoinduktiva egenskaper, vilket orsakar en ökning av benmassan. Det krävs fortfarande mycket forskning för att på ett säkert sätt kunna använda implantat gjorda av magnesiumlegeringar i mänskliga patienter i framtiden. I detta projekt testades två olika biomaterial, Modifierad BioGlass och Magnesiumlegering WE43 i direkt kontakt med L929-celler, för att bedöma cellviabiliteten med alamarBlue-analys. Modifierad BioGlass testades i fyra olika koncentrationer, 100 % BioGlass, 90 % BioGlass & 10 % Silver (Ag), 80 % BioGlass & 20 % Ag, 50 % BioGlass & 50 % Ag. Resultaten visade bland annat att 100 % BioGlass fungerar utmärkt på egen hand, eftersom biomaterialet visade en högre cellviabilitet, det vill säga ett större antal friska och levande celler, i jämförelse med cellerna utan något biomaterial. En anledning till detta är att BioGlass är biokompatibelt och känt för att främja celltillväxt. De andra kombinationerna med Ag visade en ökning i cellviabilitet som var högre i viabilitet i jämförelse med 100% BioGlass. Däremot är Ag ett antibakteriellt element med bakteriostatiska egenskaper, och därav bör Ag-koncentrationen begränsas, eftersom en högre koncentration av Ag inte bara skulle döda bakterier, utan även skada levande celler. Detta visades av 50/50-sammansättningen som innehöll för mycket Ag i kombination med Bioglass eftersom cellviabiliteten minskade som mest här, i jämförelse med alla andra koncentrationer. För framtida analys föreslås det att testa olika koncentrationer av Ag mellan 20 % och 50 %. Magnesiumlegering WE43 testades i nio olika koncentrationer, 5, 10, 25, 50, 75, 100, 125, 150 och 200 μg/ml. Under detta experiment försökte vi finna olika koncentrationer av biomaterialet som kan användas för vidare testning. Genom att skapa en cytotoxicitetskurva fick vi även en uppfattning om vilka koncentrationer som man kan undvika att arbeta med. Cytotoxicitet är ett mått på hur mycket skada ett material eller element kan göra på levande organismer, såsom celler och vävnader.  Resultaten visade att de första sex koncentrationerna från 5 µg/ml – 100 µg/ml var mycket stabila i förhållande till cellviabiliteten. Viabiliteten bland dessa koncentrationer hamnade aldrig under 85%, vilket kan betyda att dessa koncentrationer antingen var stabila att arbeta med, eller att koncentrationerna inte påverkade cellerna. När koncentrationen ökade från 5–200 μg/ml var den maximala minskningen av viabiliteten till 55%. För framtida analyser föreslås det att arbeta med högre koncentrationer för att se en större skillnad i viabilitet och cytotoxicitet.

Magnesium (Mg) and its alloys provide numerous unique benefits as potential resorptive biomaterials and present the very real possibility of replacing current metallic implant materials in a variety of roles. However, considerable research remains before Mg alloys may be accurately screened and used in vivo. Most critically, a more comprehensive understanding of the corrosion of Mg alloys in vitro is needed. This research program critically examined the types of in vitro experiments that may be performed on Mg alloys, investigated the numerous variables that affect Mg biodegradation when undertaking these experiments, explored the electrochemical performance of several biocompatible Mg alloys, and developed a novel process for producing ordered Mg structures. The benefits and drawbacks of a range of in vitro tests were first investigated. The key strengths and weaknesses of each test were identified and recommendations provided for their respective use in the quest to determine Mg alloy biodegradation. The most common variables applicable to all in vitro experiments were then explored in detail, and their effect on the biocorrosion of a number of Mg alloys was determined. Recommendations were then made for the appropriate control of the different experimental variables based on these findings. For the first time, the mechanistic control of Mg biodegradation by the microstructure of biocompatible alloys has been examined. This allows for greater understanding of the reasons for varied corrosion of alloys in bio-electrolytes, and is a step towards the effective design of Mg alloys for different bio-applications. A novel method to produce ordered Mg structures was developed, with relevant processing parameters investigated in light of their effect on biocorrosion and mechanical performance. Overall, the results and findings from this research further our understanding of the potential of Mg alloys as suitable biomaterials, and advance our knowledge of how to proceed towards the goal of using such alloys for biological applications.

The integration of functional and structural properties makes genetically engineered proteins appealing in tissue engineering. Silk-elastinlike proteins (SELPs), containing tandemly repeated polypeptide sequence derived from natural silk and elastin, are recently under active study due to the interesting structure. The biological, chemical, physical properties of SELPs have been extensively investigated for their possible applications in drug/gene delivery, surgical tissue sealing and spine repair surgery. However, the mechanical aspect has rarely been looked into. Moreover, many other biomaterials have been fabricated into fibers in micrometer and nanometer scale to build extracellular matrix-mimic scaffolds for tissue regeneration, but many have one or mixed defects such as: poor strength, mild toxicity or immune repulsion etc. The SELP fibers, with the intrinsic primary structures, have novel mechanical properties that can make them defects-minimized scaffolds in tissue engineering.In this study, one SELP (SELP-47K) was fabricated into microfibers and nanofibers by the techniques of wet-spinning and electrospinning. Microfibers of meters long were formed and collected from a methanol coagulation bath, and later were crosslinked by glutaraldehyde (GTA) vapor. The resultant microfibers displayed higher tensile strength up to 20 MPa and higher deformability as high as 700% when tested in hydrated state. Electrospinnig of SELP-47K in formic acid and water resulted in rod-like and ribbon-like nanofibrous scaffolds correspondingly. Both chemical (methanol and/or GTA) and physical (autoclaving) crosslinking methods were utilized to stabilize the scaffolds. The chemical crosslinked hydrated scaffolds exhibit elastic moduli of 3.4-13.2 MPa, ultimate tensile strength of 5.7-13.5 MPa, and deformability of 100-130%, closely matching or exceeding the native aortic elastin; while the autoclaved one had lower numbers: 1.0 MPa elastic modulus, 0.3 MPa ultimate strength and 29% deformation. However, the resilience was all above 80%, beyond the aortic elastin, which is 77%. Additionally, Fourier transform infrared spectra showed clear secondary structure transition after crosslinking, explaining the phenomenon of scaffold water-insolubility from structural perspective and showed a direct relationship with the mechanical performance. Furthermore, the in vitro biocompatibility of SELP-47K nanofibrous scaffolds were verified through the culture of NIH 3T3 mouse embryonic fibroblast cells.

Dental restorative cements are placed in a harsh oral environment where they are subjected to thermal shock, chemical degradation, and repeating masticatory force. The ideal restorative dental cements should have superior mechanical properties, chemical stability, aesthetic, good handling properties, biocompatibility, antibacterial properties, and preferably bioactivity. This thesis presents research on dental restorative cements with enhanced properties. The overall aim was to increase the bioactivity and antibacterial properties of dental restorative cements without affecting their other properties. The effect from adding calcium silicate to glass ionomer cement (GIC) was investigated. The results showed that calcium silicate could increase the bioactivity and reduce the cytotoxicity of conventional glass ionomer cement without compromising its setting and mechanical properties. Hydroxyapatite (HA) with a high aspect ratio and thin nacreous-layered monetite sheets were also synthesized. Nano HA particles with an aspect ratio of 50 can be synthesized by both precipitation and hydrothermal methods. The aspect ratio was controlled via the pH of reaction medium. Thin nacreous-layered monetite sheets were synthesized through a self-assembly process in the presence of an amine based cationic quaternary surfactant. Temperature, pH, and presence of surfactant played essential roles in forming the nacreous-layered monetite sheets. Then the effect from adding silver doped HA and monetite particles was investigated. The results showed that the antibacterial properties of GIC could be increased by incorporating silver doped HA and monetite particles. Further examination showed that the pH change, F- ion release, and concentration of released Ag+ ions were not responsible for the improved antibacterial properties. The quasi-static strengths and compressive fatigue limits of four types of the most commonly used dental restorations were evaluated. In our study, resin modified GIC and resin-based composite showed superior static compressive strength and fatigue limits compared to conventional GIC. The static compressive strength of dental cements increased with the aging time. However, aging had no effect on the compressive fatigue limit of resin modified GIC and resin-based composite. The compressive fatigue limit of conventional GIC even showed a drastic decrease after aging.

Devido à sua peculiar estrutura mineralizada, o tecido ósseo ainda representa um dos desafios para os estudos em bioengenharia regenerativa. Nesse sentido, estratégias realizadas envolvendo o sistema de liberação de drogas através de polímeros bioreabsorvíveis apontam resultados promissores. Esse projeto teve como objetivo empregar PLGA [poli (ácido lático-co-glicólico)] carregado com sinvastatina (SIN) em defeitos ósseos críticos criados em osso parietal de ratos. Foi realizado um defeito de 5.0 mm de diâmetro no osso parietal esquerdo, sendo que no grupo controle (C) foi deixado apenas o coágulo sanguíneo. O grupo experimental foi subdividido como segue: no subgrupo (M), uma membrana de PLGA foi colocada recobrindo o defeito ósseo, de modo que as bordas ultrapassaram a borda do defeito. No outro subgrupo (MSI), microesferas de PLGA 50/50 contendo sinvastatina a 2,5% foram depositadas no interior do defeito, sendo posteriormente recobertas pela membrana de PLGA; no grupo (MSS) foram colocadas microesferas de PLGA sem sinvastatina para avaliar o efeito osteocondutor das microesferas. Os animais foram sacrificados em dois períodos 30 e 60 dias após a cirurgia e as calotas removidas e processadas para análise morfológica em microscopia de luz, microscopia eletrônica de transmissão e varredura, imuno-histoquímica para análise da expressão de OPN (osteopontina), BSP (sialoproteína óssea) e OSAD (osteoaderina) e análise imunocitoquímica da distribuição ultra estrutural da proteína OPN. Os resultados observados mostraram que a formação do novo osso iniciou-se pelas margens do defeito e também pela área central em grupos tratados. A análise da regeneração nos defeitos tratados com SIN mostrou uma disposição ordenada das fibrilas colágenas e uma matriz com aspecto de tecido ósseo em fase mais madura. O estudo mostra que a regeneração do tecido pode ser acelerada e que a matriz neorformada é depositada de forma mais organizada pela liberação gradual da SIN. / Due to its unique mineralized structure, bone regeneration is still a challenge. Numerous strategies had been proposed during the past years, drug delivery system using polymeric scaffolds is a promising strategy. The aim of this study was to employ PLGA [poly (lactide-co-glycolic acid)] loaded with simvastatin(SIN) in bone defects created in rat calvaria. Bone defects with 5.0 mm diameter was created in the left side of the calvarias. In Control group (C) their defects were filled only with blood clot. The experimental group was subdivided. In subgroup (M), a PLGA membrane was covered the defect. In the other subgroup (MSI), PLGA microspheres loaded with 2.5% simvastatin filled the defect over the blood clot inside the defect and subsequently covered with PLGA membrane, another group was criated to evaluet the osteoconductor potencial of microesphers without the (SIN), the MSS group. The animals were sacrificed in 30, 60 after surgery, and the calvarias were removed and processed for light and transmission and scanning electron microscopy analyzes, Osteopontin (OPN), Osteoadherin (OSAD), Bone sialoprotein (BSP) imunnolabeling and immunocytochemical analyzes of the ultrastructural distribution of osteopontin in the neoformed bone. The in vivo experiment revealed that the microspheres containing simvastatin significantly enhanced the disposition of collagen fibrils in immature bone and bone formation in the rabbit calvaria critical size defect.