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Previous issue date: 2015-03-26 / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / The present study aimed to evaluate the effect of two different Biosilicate® (P2O5-Na2O-CaO-SiO2 system) presentations - highly porous scaffold and composite material – on a tibial bone defect model in rats. Two studies were performed; the first one aimed at evaluating the effect of highly porous scaffolds on bone regeneration using histopathological analysis, immunohistochemistry and immunoenzymatic
assay. In this study, 80 male Wistar rats (12 weeks old and body weight of approximately 300 g) were divided in two groups (control and Biosilicate®) and euthanized after 3, 7, 14 and 21 days post-surgery. The histopathological evaluation revealed that both groups presented similar inflammatory responses after 3 and 7 days. At all time points, the scaffold degradation was observed, mainly in the border of the material, allowing the ingrowth of newly formed bone. The immunohistochemical analysis showed that the Biosilicate® scaffolds induced the synthesis of (i) ciclooxigenase 2 (COX-2), (ii) vascular endothelial growth factor (VEGF) and (iii) runt-related transcription factor 2 (RUNX-2). Additionally, the immunoenzymatic assay indicated that the Biosilicate® group did not presented significant statistical difference in the levels of tumor necrosis factor alpha (TNF-α) in all evaluated periods compared to the control group. In addition, the Biosilicate® group presented a higher concentration of interleukin 4 (IL-4) at day 14 and a lower concentration of interleukin 10 (IL-10) 21 days after the surgery when compared to the control group. The second study aimed at investigating the effects of Biosilicate®/poly lactic-co-glycolic acid (PLGA) composites on the process of bone repair using histopathological, morphometric, immunohistochemical and gene expression (Real-Time PCR, qRT-PCR) analyses. In this study, 80 male Wistar rats were distributed in two groups (Biosilicate® and Biosilicate®/PLGA) and euthanized 3, 7, 14 and 21 days after the material implantation. The main findings showed that the incorporation of PLGA into the Biosilicate® had a significant effect in the material morphological structure, leading to a pH decrease and accelerating the mass loss upon incubation in phosphate buffered saline (PBS). Moreover, the histological evaluation revealed that the Biosilicate®/PLGA group presented a higher material degradation accompanied by a higher bone formation when compared to the plain Biosilicate®
after 21 days. The immunohistochemical analysis did not show any difference in the immunolabeling for Runx2, RANKL and OPG between Biosilicate® and Biosilicate®/PLGA. In addition, the qRT-PCR indicated that the Biosilicate®/PLGA induced the osteogenic gene expressions (bone morphogenetic protein 4, Runtrelated transcription factor 2 and osteocalcin) at 21 day after surgery. The results evidenced by the present studies suggest that both materials (highly porous Biosilicate® scaffolds and Biosilicate®/PLGA composites) were effective in inducing the repair of tibial bone defects in rats, demonstrating that these materials are promising alternatives for treating bone fractures. / O presente estudo teve como objetivo principal avaliar a ação de duas diferentes apresentações (scaffold altamente poroso ou compósito contendo PLGA) de uma vitrocerâmica bioativa do sistema quaternário P2O5-Na2O-CaO-SiO2 (Biosilicato®) sobre o processo de reparação óssea em um modelo de defeito ósseo tibial em ratos. Para isto, foram realizados dois estudos, sendo que o primeiro teve como objetivo avaliar os efeitos dos scaffolds altamente porosos de Biosilicato® sobre o processo de regeneração óssea por meio da avaliação histopatológica, imunohistoquímica e ensaio imunoenzimático. Neste estudo, 80 ratos machos Wistar (12 semanas de idade e peso corporal de aproximadamente 300 g) foram divididos em dois grupos (controle e Biosilicato®) e eutanasiados após 3, 7, 14 e 21 dias do procedimento cirúrgico. A avalição histopatológica revelou que ambos os grupos apresentaram uma resposta inflamatória similar no período de 3 e 7 dias após a cirurgia. Durante todos os períodos experimentais, a degradação dos scaffolds de Biosilicato® foi observada principalmente na região periférica do material, o que possibilitou o desenvolvimento do tecido ósseo neoformado para o interior destes materiais. A Análise imunohistoquímica demonstrou que os scaffolds de Biosilicato® estimularam a síntese da ciclooxigenase 2 (COX-2), fator de crescimento endotelial vascular (VEGF) e fator de transcrição relacionado a runt-2 (Runx2). Além disso, o ensaio imunoenzimático revelou que o grupo Biosilicato® não apresentou diferença estatística significativa nos níveis do fator de necrose tumoral alfa (TNF-α) em todos os períodos avaliados quando comparado ao grupo controle. Ainda, o grupo Biosilicato® apresentou uma maior concentração da interleucina 4 (IL-4) 14 dias e uma menor concentração da interleucina 10 (IL-10) 21 dias após a cirurgia, quando comparado ao grupo controle. O segundo estudo teve como objetivo investigar os efeitos do compósito de Biosilicato® e ácido poli-láctico-co-glicólico (PLGA) sobre o processo de reparo ósseo através das análises histopatológica, morfomética, imunohistoquímica e de expressão gênica (PCR em tempo real, qRT-PCR). Neste estudo, 80 ratos machos Wistar foram distribuídos em dois grupos (Biosilicato® e Biosilicato®/PLGA) e eutanaziados após 3, 7, 14 e 21 dias do processo de implantação dos materiais. Os achados principais mostraram que a incorporação do PLGA na vitrocerâmica Biosilicato® teve um efeito significativo na estrutura morfológica do material, levando a diminuição do pH e acelerando a perda de massa após incubação do material em solução tampão fosfato (PBS). Além disso, a avaliação histológica revelou que o grupo Biosilicato®/PLGA apresentou uma maior degradação do material, acompanhada pela maior formação de osso quando comparado ao grupo somente com Biosilicato® no período de 21 dias. Na analise imunohistoquímica nenhuma diferença na imunomarcação de Runx2, receptor ativador do ligante nuclear fator kappa-B e osteoprotegerina foram observadas entre o grupo Biosilicato® e Biosilicato®/PLGA. Ainda, a análise de qRT-PCR demonstrou que o grupo Biosilicato®/PLGA induziu a expressão de genes osteogênicos (proteína morfogenética óssea 4, fator de transcrição relacionado a runt-2, e osteocalcina) 21 dias após cirurgia. Diante dos resultados encontrados nos dois estudos, é possível concluir que ambos os materiais utilizados neste estudo, scaffold de Biosilicato® altamente poroso e compósito de Biosilicato® e PLGA, foram eficazes em estimular o reparo de um defeito ósseo tibial em ratos, demonstrando serem alternativas promissoras para tratamento de fraturas ósseas.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:repositorio.ufscar.br:ufscar/7577 |
| Date | 26 March 2015 |
| Creators | Kido, Hueliton Wilian |
| Contributors | Renno, Ana Cláudia Muniz, Fernanda de Freitas Anibal, Bossini, Paulo Sérgio |
| Publisher | Universidade Federal de São Carlos, Câmpus São Carlos, Programa de Pós-graduação em Biotecnologia, UFSCar |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UFSCAR, instname:Universidade Federal de São Carlos, instacron:UFSCAR |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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