Desenvolvimento de membranas de barreira com compósitos bioativos para regeneração óssea guiada

Abstract

O objetivo do presente estudo foi desenvolver membranas de barreira a partir de compósitos de poli(butileno adipato-co-tereftalato) (PBAT) e vidros bioativos contendo nióbio (BAGNb). O BAGNb foi incorporado ao PBAT por meio de extrusão por fusão para a produção de compósitos que foram quimicamente caracterizados, previamente à produção das membranas por espectroscopia de infravermelho por transformada de Fourier e termogravimetria. Membranas de barreira foram produzidas por evaporação de solvente com a adição de 10%, 20% e 30% em peso de BAGNb. Membranas sem adição de BAGNb foram utilizadas como controle. A caracterização das membranas foi realizada in vitro para avaliação das propriedades mecânicas pelo ensaio de tração. As propriedades de superfície foram avaliadas por microscopia eletrônica de varredura, perfilometria e ângulo de contato. A análise de pH foi realizada em água destilada e o comportamento de células pré-osteoblásticas foi realizado para avaliação da proliferação e mineralização celular As membranas contendo 30% em peso de BAGNb foram selecionadas para avaliação in vivo, em modelo de calvária de ratos e comparadas com as membranas sem adição de BAGNb (PBAT) e a defeitos vazios (SHAM). A neoformação óssea foi avaliada por microtomografia computadorizada de raios-x. Os compósitos foram produzidos com sucesso, e a estrutura química não mostrou interferência do BAGNb na estrutura PBAT. A adição de BAGNb resultou em aumentou significativo no módulo de elasticidade das membranas com redução da resistência à tração (p < 0.05). Houve aumento na rugosidade superficial da base da membrana com redução significativa do ângulo de contato nesta superície para os grupos contendo 20% e 30% em peso de BAGNb (p<0.05). Um aumento de pH foi observado para membranas contendo BAGNb na primeira hora de imersão das amostras em água, com manutenção de pH entre 10-11 até 7 dias. A proliferação e mineralização celular foram aumentadas à medida que a concentração de BAGNb aumenta. Na avaliação em modelo de calota craniana, o grupo BAGNb apresentou aumento significativo no percentual de novo osso em 30 dias (36,59%), enquanto o PBAT (25,46%) e o SHAM (25,08%) resultaram em menor cobertura óssea no defeito (p < 0.05). Não foi observada diferença entre os grupos na densidade óssea e na espessura de traeculas (p > 0.05). A separação trabecular semelhante foi observada para os grupos testados aos 7 e 15 dias, enquanto uma redução nos valores foi observada para BAGNb aos 30 dias em comparação com PBAT e SHAM (p < 0.05). A medida do número de trabéculas apresentou valores estatísticamente maiores no grupo BAGNb quando comparados aos outros tratamentos avaliados. A partir das análises in vitro e in vivo é possível concluir que a adição de 30% de BAGNb ao PBAT resultou na produção de membranas de barreira com propriedades adequadas e capacidade de incrementar a formação de novo osso para aplicação em procedimentos de regeneração óssa guiada.

The aim of this study was to develop barrier membranes from poly (butylene adipate-co-ephthatopate) composites (PBAT) and niobium-containing bioactive glasses (BAGNb). THE BAGNb was incorporated into PBAT by fusion extrusion for the production of composites that were chemically characterized, prior to the production of membranes by Fourier transform infrared spectroscopy and thermogravimetry. Barrier membranes were produced by solvent evaporation with the addition of 10%, 20%, and 30% by WEIGHT of BAGNb. Membranes without the addition of BAGNb were used as control. Membrane characterization was performed in vitro to evaluate the mechanical properties by the tensile test. Surface properties were evaluated by scanning electron microscopy, profilometry, and contact angle. The pH analysis was performed in distilled water and the behavior of pre-osteoblastic cells was analyzed by cell proliferation and mineralization assays. The membranes containing 30% by weight of BAGNb were selected for in vivo evaluation, in the rat calvaria model and compared with membranes without the addition of BAGNb (PBAT) and empty defects (SHAM). Bone neoformation was evaluated by x-ray computed microtomography where the percentage of new bone into the defects and the morphometric characteristics of newly formed bone were assessed. The composites were successfully produced, and the chemical structure showed no interference of BAGNb in the PBAT structure. The addition of BAGNb resulted in a significant increase in the modulus of elasticity of the membranes with a reduction of the tensile strength (p < 0.05). There was an increase in the surface roughness of the membrane base with a significant reduction of the contact angle in this surface for the groups containing 20% and 30% by weight of BAGNb (p<0.05). A pH increase was observed for membranes containing BAGNb in the first hour of sample immersion, with pH maintenance between 10-11 and 7 days. Cell proliferation and mineralization have increased as BAGNb concentration increases. In the evaluation of a cranial cap model, the BAGNb group showed a significant increase in the percentage of new bone at 30 days (36.59%), while PBAT (25.46%) and SHAM (25.08%) resulted in lower bone coverage in the defect (p < 0.05). No difference was observed between the groups in bone density and trabecular thickness (p > 0.05). Similar trabecular separation was observed for the tested groups at 7 and 15 days, while a reduction in values was observed for BAGNb at 30 days compared to PBAT and SHAM (p < 0.05). The measurement of the number of trabeculae presented statistically higher values in the BAGNb group when compared to the other treatments evaluated. From the in vitro and in vivo analyses, it is possible to conclude that the addition of 30% of BAGNb to PBAT resulted in the production of barrier membranes with adequate properties and the ability to increase the formation of new bone for application in guided ossa regeneration procedures.