Efeitos Do Compósito De Biosilicato® E Plga Associado Ou Não A Terapia Laser De Baixa Intensidade No Processo De Reparo Ósseo

Abstract

The search for new technologies that act on the bone healing process is necessary due to the high mortality and morbidity associated with bone fractures. For this, a promising alternative for the treatment of fractures is the use of Biosilicate (BS) composites which is a highly bioactive glass ceramic, combined with microspheres of the polymer poly (D, L-lactic acid-co-glycolic acid) (PLGA). In addition, another method of treatment that has shown promising effects during the bone repair is a low level laser therapy (LLLT). In this context, two studies (I and II) were conducted investigating the effects of a BS and PLGA composite in different proportions with or without LLLT. Thus, the present study had the following objectives: (i) to produce and characterize BS/PLGA composites in different proportions; (ii) to evaluate the biocompatibility of BS/PLGA composites, in different proportions, through in vitro studies; (iii) to evaluate the effects of BS/PLGA composites on the repair of bone defects induced in rat tibia; (iv) to evaluate the effects of BS/PLGA 80/20 composites associated or not with low level laser therapy through in vitro and in vivo studies. In study I, BS and BS/PLGA composites with different proportions (BS/PLGA 80/20; BS/PLGA 70/30; BS/PLGA 60/40) were produced. The physical chemical characterization of these materials was carried out through the analysis of pH, mass loss, XRD, SEM and setting time of the material. For the in vitro test, the cell viability of osteoblasts and fibroblasts in contact with the extract of the different composites was evaluated. Furthermore, for the in vivo tests, the histopathological and immunohistochemical (RUNX2 and RANKL) analyzes of the composites implanted in bone defects in the tibiae of rats were performed. Regarding study II, physical chemical characterization was performed through SEM and FTIR. For in vitro tests, the cell viability of osteoblastic and fibroblast cells in contact with BS and BS/PLGA 80/20 extract and irradiated with LLLT (Ga-Al-As, 808 nm, 10 J.cm- ²) were evaluated. Finally, in the same study, BS and BS/ PLGA 80/20 implants were implanted into a bone defect induced in rat tibiae and the animals were irradiated with LLLT (Ga-Al-As, 808 nm, 30 J.cm- ²) 3 times a week for 2 and 6 weeks. The results of study I showed that the composites presented a decrease of pH, mass loss over time. In addition, the formation of hydroxyapatite, presence of pores and loss of composite integrity were observed after incubation in PBS. In the in vitro tests, BS/PLGA composites showed a significant increase in the viability of osteoblasts and fibroblasts. Histopathological and immunohistochemical analyzes revealed that the BS/PLGA groups, especially the BS/PLGA 60/40, presented a greater biological response, indicated by the increase in the rate of degradation of the material, presence of newly formed bone in the defect area and the increase of RUNX2 and RANKL immunolabeling. In the study II, it was possible to observe through the SEM and FTIR results that the PLGA microspheres were successfully inserted in the BS and that there was degradation over time of these composites. In vitro tests demonstrated increased viability of osteoblasts and fibroblasts in the BS/PLGA groups associated with LLLT. Finally, the animals treated with BS/PLGA + LLLT showed an improved material degradation and an increased amount of granulation tissue and newly formed bone tissue. Considering the results of the two studies it is concluded that the BS/PLGA composites are non-cytotoxic and biocompatible. In addition, it was concluded that the association of BS/PLGA with LLLT was able to optimize bone repair. In sum, the innovative and promising BS/PLGA composites associated to LLLT have potential to be used in bone repair engineering.

A busca por novas tecnologias que atuem no processo de reparo ósseo se faz necessária devido aos altos índices de morbidade e mortalidade associados às fraturas ósseas. Para tanto, uma alternativa promissora para o tratamento de fraturas é a utilização de compósitos de Biosilicato (BS), que é uma vitrocerâmica altamente bioativa, combinada a microesferas do polímero poli (D,L-ácido lático-co-ácido glicólico) (PLGA). Além disso, outro método de tratamento que vem apresentando efeitos promissores durante o processo de reparo ósseo é a terapia laser de baixa intensidade (LLLT). Diante deste contexto, foram realizados dois estudos (I e II) investigando os efeitos de um compósito de BS e PLGA em diferentes proporções associados ou não a LLLT. Assim, o presente estudo teve os seguintes objetivos: (i) produzir e caracterizar os compósitos de BS/PLGA em diferentes proporções; (ii) avaliar a biocompatibilidade dos compósitos de BS/PLGA, em diferentes proporções, através de estudos in vitro; (iii) avaliar os efeitos dos compósitos de BS/PLGA no reparo de defeitos ósseos induzidos em tíbias de ratos; (iv) avaliar os efeitos dos compósitos de BS/PLGA na proporção 80/20 associados ou não à terapia laser de baixa intensidade através de estudos in vitro e in vivo. No estudo I, foram produzidos os compósitos de BS e as diferentes proporções de BS e PLGA (BS/PLGA 80/20; BS/PLGA 70/30; BS/PLGA 60/40). Foi realizada a caracterização físico-química desses materiais através das análises de pH, perda de massa, DRX, MEV e tempo de osteoblastos e fibroblastos em contato com o extrato dos diferentes compósitos. Ainda, para os testes in vivo, foram realizadas as análises histopatológicas e imunoistoquímicas (RUNX2 e RANKL) dos compósitos implantados em defeitos ósseos em tíbias de ratos. No que se refere ao estudo II, foram realizadas caracterização físico-química através da MEV e FTIR. Para os testes in vitro, foi verificada a viabilidade de células osteoblasticas e fibroblásticas em contato com o extrato do BS e BS/PLGA 80/20 e irradiadas com a LLLT (Ga-Al-As, 808 nm, 10 J.cm-²). Finalmente, nesse mesmo estudo, os implantes de BS e BS/PLGA 80/20 foram implantados em um defeito ósseo induzido em tíbias de ratos e os animais foram irradiados com a LLLT (Ga-Al-As, 808 nm, 30 J.cm-²), 3 vezes por semana por 2 e 6 semanas. Os resultados do estudo I demonstraram que os compósitos apresentaram uma diminuição do pH, perda de massa ao longo do tempo. Adicionalmente, foi observada a formação de hidroxiapatita, presença de poros e perda da integridade dos compósitos após incubação em PBS. Nos testes in vitro, os compósitos de BS/PLGA apresentaram um aumento significativo na viabilidade dos osteoblastos e fibroblastos. As análises histopatológicas e imunoistoquímicas revelaram que os grupos BS/PLGA, com destaque para o BS/PLGA 60/40, apresentaram uma resposta biológica superior, indicada pelo aumento da taxa de degradação do material, presença de tecido ósseo neoformado na área do defeito e aumento da imunomarcação de RUNX2 e RANKL. Já no estudo II, foi possível observar através dos resultados do MEV e do FTIR que as microesferas de PLGA foram inseridas com sucesso no BS e que houve uma degradação ao longo do tempo desses compósitos. Os testes in vitro demonstraram um aumento da viabilidade de osteoblastos e fibroblastos nos grupos BS/PLGA associados com a LLLT. Por fim, os animais tratados com BS/PLGA + LLLT apresentaram uma maior degradação do material, maior presença de tecido de granulação e tecido ósseo neoformado. Diante dos resultados dos dois estudos conclui-se que os compósitos de BS/PLGA são não- citotóxicos e biocompatíveis. Adicionalmente, conclui-se que a associação do BS/PLGA com a terapia a laser de baixa intensidade foi capaz otimizar o reparo ósseo. Em suma, os inovadores e promissores compósitos de BS/PLGA associados à terapia laser de baixa intensidade apresentam potencial para serem utilizados na engenharia do reparo ósseo.