O presente trabalho avaliou a formacao de tecido osseo ao redor de implantes osseointegraveis de titanio, apos realizacao de defeitos osseos, utilizando diferentes tipos de substitutos osseos. Foram utilizados 5 caes de raca indeterminada, os pre molares e molares mandibulares foram extraidos, passados 12 semanas, os caes foram submetidos a um novo procedimento cirurgico aonde foram realizadas as perfurações preconizados pelo fabricante dos implantes, o osso vestibular da mandibula foi desgastado ate que parte da perfuracao fosse exposta, os implantes entao foram colocados nas respectivas perfuracoes, ficando com 4 espiras expostas. Esses defeitos foram preenchidos aleatoriamente com Bioglass® 45S5, Biosilicato® , Osso autogeno, e sem nenhum material de preenchimento. 18 semanas depois da colocacao dos implantes os caes foram mortos e suas hemi-mandibulas contendo os implantes removidas e submetidas aos analises histologiaos e histomorfometricas, os dados obtidos foram submetidos ao teste de Kruskal-Wallis. A histologia dos 4 grupos estudados revelaram a presenca de tecido osseo maduro em contato com os implantes, porem sem ralacao direta com os vidros bioativos e osso autogeno. A porcentagem de contato osso implante, matriz ossea mineralizada ao redor da espira, e area de espelho, nao mostraram diferencas estatisticas significantes entre os 4 materiais testados. Os resultados indicam que a presenca de substitutos osseos nao interfere com a formacao ossea ao redor dos implantes nesse modelo experimental. E existe resposta tecidual muito semelhante entre o osso autogeno, Bioglass® 45S5 e Biosilicato. / The aim of the present study was to investigate the amount of bone formation on Ti implants in sites with intra-bony defects filled with different bone substitutes. Mandibular premolars and first molars were extracted from 5 dogs, and after 12 weeks 3 implants were bilaterally placed in sites with intra-bony defects and each implantation site randomly received the following treatment: Biosilicate®, Bioglass® 45S5, aoutologous bone or no treatment. At 18 weeks after implantation, the hemi-mandibles containing the implants were removed and processed for morphological and histomorphometric analysis. Data were submitted to Kruskal-Wallis and Fishers test. The histological sections of the 4 experimental groups exhibited mature bone tissue in contact with implants, but not related with bioactive glasses or autologous bone used. The percentage of bone-implant contact, mineralized bone matrix between implant threads, and mineralized bone matrix within mirror area in the treated or non-treated sites were not statistically different among the 4 experimental groups. These results indicates that the presence of the bone substitutes evaluated here did not interfere with bone formation on Ti implants in sites with intra-bony defects. In addition, tissue response to Biosilicate® was similar to that of Bioglass® 45S5 and autologous bone.

O presente trabalho avaliou a formacao de tecido osseo ao redor de implantes osseointegraveis de titanio, apos realizacao de defeitos osseos, utilizando diferentes tipos de substitutos osseos. Foram utilizados 5 caes de raca indeterminada, os pre molares e molares mandibulares foram extraidos, passados 12 semanas, os caes foram submetidos a um novo procedimento cirurgico aonde foram realizadas as perfurações preconizados pelo fabricante dos implantes, o osso vestibular da mandibula foi desgastado ate que parte da perfuracao fosse exposta, os implantes entao foram colocados nas respectivas perfuracoes, ficando com 4 espiras expostas. Esses defeitos foram preenchidos aleatoriamente com Bioglass® 45S5, Biosilicato® , Osso autogeno, e sem nenhum material de preenchimento. 18 semanas depois da colocacao dos implantes os caes foram mortos e suas hemi-mandibulas contendo os implantes removidas e submetidas aos analises histologiaos e histomorfometricas, os dados obtidos foram submetidos ao teste de Kruskal-Wallis. A histologia dos 4 grupos estudados revelaram a presenca de tecido osseo maduro em contato com os implantes, porem sem ralacao direta com os vidros bioativos e osso autogeno. A porcentagem de contato osso implante, matriz ossea mineralizada ao redor da espira, e area de espelho, nao mostraram diferencas estatisticas significantes entre os 4 materiais testados. Os resultados indicam que a presenca de substitutos osseos nao interfere com a formacao ossea ao redor dos implantes nesse modelo experimental. E existe resposta tecidual muito semelhante entre o osso autogeno, Bioglass® 45S5 e Biosilicato. / The aim of the present study was to investigate the amount of bone formation on Ti implants in sites with intra-bony defects filled with different bone substitutes. Mandibular premolars and first molars were extracted from 5 dogs, and after 12 weeks 3 implants were bilaterally placed in sites with intra-bony defects and each implantation site randomly received the following treatment: Biosilicate®, Bioglass® 45S5, aoutologous bone or no treatment. At 18 weeks after implantation, the hemi-mandibles containing the implants were removed and processed for morphological and histomorphometric analysis. Data were submitted to Kruskal-Wallis and Fishers test. The histological sections of the 4 experimental groups exhibited mature bone tissue in contact with implants, but not related with bioactive glasses or autologous bone used. The percentage of bone-implant contact, mineralized bone matrix between implant threads, and mineralized bone matrix within mirror area in the treated or non-treated sites were not statistically different among the 4 experimental groups. These results indicates that the presence of the bone substitutes evaluated here did not interfere with bone formation on Ti implants in sites with intra-bony defects. In addition, tissue response to Biosilicate® was similar to that of Bioglass® 45S5 and autologous bone.

Orientadores: Celso Aparecido Bertran, Italo Odone Mazali / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Química / Made available in DSpace on 2018-08-26T18:05:40Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Lopes_JoaoHenrique_D.pdf: 497901561 bytes, checksum: bc2ebe969caf9d4e0bc28574f75fae56 (MD5) Previous issue date: 2015 / Resumo: Esta tese está dividida em quatro capítulos. O capítulo I apresenta os fundamentos sobre biomateriais e biovidros. O capítulo II é dedicado a investigar os efeitos da adição de óxido de nióbio (Nb2O5) sobre as propriedades físicas, a estrutura do vidro e a bioatividade de duas séries vítreas derivadas do 45S5 Bioglass® (BG45S5). A composição química do BG45S5 foi modificada pela substituição de 1,3 e 2,6% de P2O5 por Nb2O5 e 1, 2 e 5% do SiO2 pelo Nb2O5, gerando as séries (I) e (II), respectivamente (BGNs). A introdução do Nb2O5 aumenta significativamente a densidade e a estabilidade contra a desvitrificação, como evidenciado pelo parâmetro ?Txg = (Tx - Tg). Os espectros de ressonância magnética nuclear no estado sólido MAS NMR para os núcleos 29Si, 31P e 23Na, espectroscopia Raman e a determinação de algumas propriedades físicas permitiu um entendimento detalhado da estrutura dos vidros BGNs. Para os vidros da série I, o octaedro de NbO6 entra na rede silicato, partilhando os seus vértices com os tetraedros de silício para formar cadeias O-Si-O-Nb-O-Si-O, enquanto que para os vidros da série II, os octaedros NbO6 atuam como agente de reticulação para as cadeias de silicatos. A viabilidade celular e a atividade metabólica foram determinadas utilizando o ensaio de MTT. Os resultados dos estudos in vitro com os vidros BGNs sobre a viabilidade dos osteoblastos e proliferação não mostram diferenças significativas entre BGNs e BG45S5. Os resultados da experimentação in vivo em ratos Wistar sugerem que a presença de Nb2O5 pode efetivamente promover um aumento na bioatividade de BGNs, observado pelo aumento da quantidade formada de osso cortical e trabecular. O capítulo III abrange a investigação da modificação da superfície do biovidro BG45S5 pelo enriquecimento com cálcio, por imersão em banho de sal fundido contendo cálcio (BG45Cas) e o seu efeito sobre a estrutura da superfície, a velocidade de dissolução e também a cinética da formação do fosfato de cálcio. A combinação da microscopia de força atômica e espectroscopia Raman (AFM) permitiu o acompanhamento das mudanças estruturais do BG45S5 submetido a diversos tempos de imersão no banho de sal fundido a 480 °C, enquanto que a fluorescência de raios X (XRF) foi empregada para monitorar a evolução temporal do processo de troca iônica entre Ca2+ e Na+. Os rearranjos estruturais, como resultado da troca iônica, foram sistematicamente investigados no BG45Ca30 pelas espectroscopias FTIR e 29Si e 31P MAS NMR. Os resultados mostram que a quantidade de íons cálcio que entram na estrutura do vidro é maior do que a quantidade de íons sódio que deixa a rede, de modo que, para preservar a eletroneutralidade na rede, ocorrem alterações locais na estrutura que conduzem a uma depolimerização da rede de silicato. A formação da fase de fosfato de cálcio quimicamente equivalente à hidroxiapatita (HA) na superfície do biovidro foi estudada por imersão dos biovidros em HEPES 50,69 mmol L-1 e fluido corpóreo simulado (SBF) durante 2 dias. A camada de apatita formada foi caracterizada pela espectroscopia 31P MAS NMR. A cinética de crescimento da camada de apatita sobre a superfície do BG45Ca30 sugere que a modificação da superfície do vidro não só promove uma redução no tempo para a formação de HA, mas também a formação de hidroxiapatita com maior grau de cristalinidade. Finalmente, o capítulo IV descreve as nossas contribuições, observações finais e sugestões para futuros trabalhos / Abstract: This thesis is divided into four chapters. Chapter I presents background information on the biomaterial and bioglasses. Chapter II is devoted to investigate the effects of adding niobium oxide (Nb2O5) on the physical properties, glass structure and bioactivity of two glasses series derived from the 45S5 Bioglass® (BG45S5). The chemical composition of BG45S5 was modified by replacing 1.3 and 2.6% of P2O5 with Nb2O5 and 1, 2.5, and 5% of SiO2 with Nb2O5, generating series (I) and (II), respectively (BGNs). Adding Nb2O5 significantly increases the density and the stability against devitrification as indicated by ?Txg = (Tx - Tg). The multinuclear 29Si, 31P, and 23Na solid-state MAS NMR spectra of the glasses, Raman spectroscopy, and the determination of some physical properties have generated insight into the structure of the glasses. For the series I glasses, the octahedral niobium take part in glasses network, sharing its corners with silicon tetrahedra forming O-Si-O-Nb-O-Si-O chains, whereas for the series II, NbO6 octahedra act as crosslinker for the silicates chains. Cell viability and metabolic activity were determined using the MTT assay. We investigated the in vitro effect of BGNs glasses on osteoblast viability and proliferation. No significant differences were found between BGNs and BG45S5. Furthermore, in vivo tests in Wistar rats have suggested that the presence of Nb2O5 might actually promote an increase in bioactivity of BGNs, increasing formation of cortical and cancellous bones. The chapter III covers research related to of the surface modification of BG45S5 bioglass (BG45Cas) and its effect on the surface structure, dissolution rate and calcium phosphate formation. BG45Cas were obtained by ion exchange method by immersion in molten salt bath containing calcium. The combination of Raman spectroscopy and atomic force microscopy (AFM) allowed the monitoring of the structural changes of BG45S5 bioglass submitted to increasing durations of immersion in the molten salt bath at 480 °C, whereas X-ray Fluorescence (XRF) was employed to derive the time evolution of Ca2+-Na+ ion exchange process. Structural rearrangements as a result of Ca2+-Na+ ion exchange have been investigated systematically on 45S5 bioglasses by FTIR and 29Si and 31P MAS NMR spectroscopies. Results show that the insertion of calcium ions in the glass structure is higher than the departure of sodium ions. The electroneutrality of the glass structure is preserved with local alterations, which lead to a higher degree of depolymerization of the silicate network. The formation of calcium phosphate layer chemically equivalent to hydroxyapatite (HA) on the bioglass surface was evaluated by immersing the bioglasses in the HEPES 50,69 mmol L-1 and simulated body fluid (SBF) for up to 2 days. This apatite layer was characterized by 31P MAS NMR spectroscopy. The growth kinetics of the apatite layer on the surface of the bioglasses demonstrated that modification of the glass surface (BG45Ca30) cause not only a reduction in time of the formation of HA, but also induced hydroxyapatite phase formation with a higher degree of crystallinity. Finally, chapter IV describes our contributions, final remarks and suggests some ideas for future works / Doutorado / Físico-Química / Doutor em Ciências