Foram desenvolvidos e manufaturados compósitos porosos com estrutura de gradiente funcional em Poli (metacrilato de metila) (PMMA) e Hidroxiapatita (HAp) aplicáveis como implantes ósseos. O PMMA é largamente utilizável e aceito como material de implante tem boas propriedades mecânicas, baixo custo, fácil manufatura, porém é considerado bioinerte. A HAp é uma cerâmica comprovadamente bioativa, porém de baixas propriedades mecânicas, alto custo e de difícil manufatura. O PMMA com estrutura funcional e HAp apresentou valores próximos a 50 MPa, mas com potencial de melhoria. O objetivo deste desenvolvimento é produzir um implante com a sua superfície porosa e bioativa, para que este possa ser osteointegrado em um tempo menor ao tecido hospedeiro, melhorando a relação: material implantado/leito receptor. O conceito é baseado em uma estrutura de núcleo denso em PMMA e camada superficial porosa com superfície bioativa. A camada de PMMA porosa foi desenvolvida utilizando-se o carboximetilcelulose (CMC) como agente porogênico e HAp como agente bioativador da matriz polimérica. Foram elaboradas análises de bicompatibilidade, resistência mecânica, macro e microestrutura. Para testar a biocompatibilidade foram realizados inicialmente testes in vitro com cultura de células VERO, visando investigar a toxicidade dos materiais constituintes, a influência do novo biomaterial em atividades celulares e o comportamento destes em condições próximas daquelas a serem encontradas no ambiente de implantação. Em seguida, os testes in vivo realizados em coelhos averiguaram a interação tecido-material (bioatividade), a biocompatibilidade do material, e a potencialidade do uso do material em aplicação à superfícies (osteointegração). Foi realizada análise histológica dos tecidos explantados, onde os resultados basearam-se na análise da morfologia geral dos componentes teciduais encontrados junto ao implante. A caracterização da superfície foi realizada por testes de rugosidade, por microscopia ótica e eletrônica de varredura. Foram realizados ensaios mecânicos de compressão para analisar a resistência mecânica do biomaterial. Os resultados in vitro mostraram que os materiais utilizados não apresentaram qualquer indício de toxicidade. Através das imagens realizadas em MEV (Microscopia Eletrônica de Varredura) pode se observar o crescimento de células VERO na superfície do material e em direção aos poros da matriz. A análise macroestrutural dos poros também obtida por MEV demonstrou em uma caracterização inicial do material que este apresentou características biomiméticas como poros em formato oblongo e interconectados. A média obtida do tamanho dos poros foi de aproximadamente 250 \'mü\'m. Os resultados dos ensaios mecânicos de compressão mostraram que o PMMA denso é o que mais se aproximou do tecido ósseo cortical com 101 MPa. Por fim, os resultados histológicos apontam para a biocompatibilidade do compósito, tornando-o assim aplicável como camada superficial de implantes. / Were developed and manufactured porous composite with functional gradient structure in Polymethylmethacrylate (PMMA) and hydroxyapatite (HAp) applicable as bone implants. PMMA is widely used and accepted as implant material, has good mechanical properties, low cost, easy manufacturing and considered a bioinert biomaterial, the Hap is a demonstrably bioactive ceramic with poor mechanical properties, high cost and difficult to manufacture. The PMMA functional structure and HAp had values close to 50 MPa, but with potential for improvement. The objective of this development was produced an implant with a porous surface and bioactive to be osteointegrated in a less time, improving the relationship: implanted material/receiver bed. The concept is based on a dense structure core of PMMA and a porous bioactive surface layer. The porous PMMA was developed using the carboxymethylcellulose (CMC) as a porogenic agent and hap to bioactive the PMMA matrix. Biocompatibility tests, mechanical strength tests and macro and microstructure analisys were carried out. To evaluated the biocompatibility of this material were made primarily in vitro tests, the VERO cells were used in vitro analysis aimed investigate the toxicity of the constituent materials, the influence of the new biomaterial in cellular activities and behavior in these conditions close to those to be found in the environment of deployment. Then, in vivo tests conducted in rabbits evaluated the interaction with tissue-material (bioactivity), the biocompatibility of the material, and the potential use of the material in the application areas (osseointegration). Were performed histological analysis of tissues, where the results were based on the analysis of the general morphology of the tissue components found near the implant. The surface characterization was performed by roughness tests, optical microscopy and SEM. Mechanical tests were conducted to examine the compressive strength of biomaterial. Results in vitro showed that the materials did not present any evidence of toxicity. The samples were analyzed by SEM where the growth of cells can be observed in the surface of the material and towards to the pores. The macrostructural analysis also obtained by SEM showed in an initial characterization of the material that presented bone biomimetics characteristics with oblong pores with interconnected. The average pore size obtained was approximately 250 \'mü\'m. The results of mechanical tests showed that the compression of PMMA is the densest approached the cortical bone tissue near 101 MPa. Finally, the histological results point to the biocompatibility of the composite, thus making it applicable to the surface layers of implants.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:teses.usp.br:tde-19012011-141700 |
| Date | 17 June 2009 |
| Creators | Thaís Helena Samed e Sousa |
| Contributors | Carlos Alberto Fortulan, Benedito de Moraes Purquerio, Joao Manuel Domingos de Almeida Rollo, Arnaldo Rodrigues dos Santos Junior, Cecília Amélia de Carvalho Zavaglia |
| Publisher | Universidade de São Paulo, Engenharia Mecânica, USP, BR |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | English |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis |
| Source | reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP, instname:Universidade de São Paulo, instacron:USP |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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