Published January 1, 2020 | Version v1
Publication Open

Análise das propriedades mecânicas e biológicas do cimento ósseo de fosfato de cálcio bifásico nanoestruturado de cura rápida

Creators

  • 1. Federal Center for Technological Education of Minas Gerais
  • 2. Centro de Desenvolvimento da Tecnologia Nuclear

Description

RESUMO Nas últimas duas décadas intensificaram-se os estudos para desenvolvimento de novas terapêuticas para aplicações em doenças degenerativas do tecido ósseo, bem como formas menos invasivas de tratamentos de traumas de acidentes viários. Neste cenário, biocimentos de fosfato de cálcio (CFCs) de cura rápida para aplicações injetáveis e/ou moldáveis, permitem o uso através de técnicas cirúrgicas minimamente invasivas. Matrizes de CFCs têm atraído grande interesse para uso em ortopedia e odontologia como substitutos para partes danificadas do sistema osteocondral, permitindo sua utilização na reparação ou preenchimento ósseo. Neste trabalho foram processados CFCs constituídos por dois diferentes fosfatos de cálcio bifásicos (BCP), um com distribuição micrométrica e outro com distribuição nanométrica, fosfato de sódio e carboximetilcelulose, visando a utilização deste material em procedimentos cirúrgicos. As matérias primas foram caracterizadas físico-quimicamente por difração de raio X, microscopia eletrônica de varredura acoplada com espectroscopia de energia dispersiva de raios X. O tempo de pega do material foi avaliado pelo ensaio de Vicat e a resistência mecânica do CFC foi avaliada através dos ensaios de Flexão (resistência mecânica a tração) e Ultramicrodureza (módulo de elasticidade). As propriedades biológicas foram avaliadas através dos ensaios in vitro de degradação em solução Tris-HCL e citotoxicidade em cultura de bactérias e ensaio in vivo pelo método de HET-CAM. Os resultados mostraram um melhor desempenho do BCP nanométrico, tendo tempo de pega final baixo, 22 minutos, e resistência mecânica da ordem de 4 MPa, compatível com a expectativa esperada para osso esponjoso. Os ensaios biológicos confirmaram a resposta biológica satisfatória destes nanocompósitos. Isso demonstra que o material tem potencial para aplicação clínica em substituição ao cimento acrílico hoje largamente utilizado.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

الخلاصة في العقدين الماضيين، تكثفت الدراسات لتطوير علاجات جديدة للتطبيقات في الأمراض التنكسية للأنسجة العظمية، بالإضافة إلى أشكال أقل توغلاً لعلاج صدمات حوادث الطرق. في هذا السيناريو، تسمح العلوم الحيوية لفوسفات الكالسيوم سريعة المعالجة (CFCs) للتطبيقات القابلة للحقن و/أو القابلة للتشكيل بالاستخدام من خلال التقنيات الجراحية طفيفة التوغل. جذبت مصفوفات مركبات الكربون الكلورية فلورية اهتمامًا كبيرًا لاستخدامها في جراحة العظام وطب الأسنان كبدائل للأجزاء التالفة من الجهاز العظمي الغضروفي، مما يسمح باستخدامها في إصلاح العظام أو حشوها. في هذا العمل، تمت معالجة مركبات الكربون الكلورية فلورية التي تتكون من اثنين مختلفين من فوسفات الكالسيوم ثنائي الطور (BCP)، أحدهما بتوزيع ميكرومتري والآخر بتوزيع نانومتري وفوسفات الصوديوم وكربوكسي ميثيل السليلوز، بهدف استخدام هذه المادة في العمليات الجراحية. تميزت المواد الخام فيزيائيًا بانحراف الأشعة السينية، ومسح المجهر الإلكتروني إلى جانب التحليل الطيفي للأشعة السينية المشتتة للطاقة. تم تقييم وقت ضبط المادة من خلال اختبار فيكات وتم تقييم القوة الميكانيكية لمركبات الكربون الكلورية فلورية من خلال اختبارات الثني (قوة الشد الميكانيكية) و Ultramicrodureza (معامل المرونة). تم تقييم الخواص البيولوجية من خلال مقايسات التحلل في المختبر في محلول ثلاثي هيدروكلوريد والسمية الخلوية في المزرعة البكتيرية وفي مقايسة الجسم الحي بطريقة HET - CAM. أظهرت النتائج أداءً أفضل لنقطة التحكم في الهيكل النانومترية، مع وقت إعداد نهائي منخفض، 22 دقيقة، ومقاومة ميكانيكية بمقدار 4 ميجا باسكال، متوافقة مع المتوقع للعظم الإسفنجي. أكدت المقايسات البيولوجية الاستجابة البيولوجية المرضية لهذه المركبات النانوية. يوضح هذا أن المادة لديها القدرة على التطبيق السريري لتحل محل أسمنت الأكريليك المستخدم على نطاق واسع اليوم.

Translated Description (English)

ABSTRACT In the last two decades, studies have intensified to develop new therapies for applications in degenerative diseases of bone tissue, as well as less invasive forms of treatment of road accident trauma. In this scenario, fast-curing calcium phosphate biosciences (CFCs) for injectable and/or moldable applications allow use through minimally invasive surgical techniques. Matrices of CFCs have attracted great interest for use in orthopedics and dentistry as substitutes for damaged parts of the osteochondral system, allowing their use in bone repair or filling. In this work, CFCs consisting of two different biphasic calcium phosphates (BCP) were processed, one with micrometric distribution and the other with nanometric distribution, sodium phosphate and carboxymethylcellulose, aiming at the use of this material in surgical procedures. The raw materials were characterized physicochemically by X-ray diffraction, scanning electron microscopy coupled with energy dispersive X-ray spectroscopy. The setting time of the material was evaluated by the Vicat test and the mechanical strength of the CFC was evaluated by the Flexion (mechanical tensile strength) and Ultramicrodureza (modulus of elasticity) tests. Biological properties were evaluated through in vitro degradation assays in Tris-HCL solution and cytotoxicity in bacterial culture and in vivo assay by HET-CAM method. The results showed a better performance of the nanometric BCP, with a low final setting time, 22 minutes, and mechanical resistance of the order of 4 MPa, compatible with the expected for cancellous bone. Biological assays confirmed the satisfactory biological response of these nanocomposites. This demonstrates that the material has the potential for clinical application to replace the acrylic cement widely used today.

Translated Description (French)

RÉSUMÉ Au cours des deux dernières décennies, les études se sont intensifiées pour développer de nouvelles thérapies pour des applications dans les maladies dégénératives du tissu osseux, ainsi que des formes moins invasives de traitement des traumatismes dus aux accidents de la route. Dans ce scénario, les biosciences de phosphate de calcium (CFC) à durcissement rapide pour des applications injectables et/ou moulables permettent une utilisation par des techniques chirurgicales mini-invasives. Les matrices de CFC ont suscité un grand intérêt pour une utilisation en orthopédie et en dentisterie en tant que substituts des parties endommagées du système ostéochondral, permettant leur utilisation dans la réparation ou le remplissage osseux. Dans ce travail, des CFC constitués de deux phosphates de calcium biphasiques (BCP) différents ont été traités, l'un avec une distribution micrométrique et l'autre avec une distribution nanométrique, le phosphate de sodium et la carboxyméthylcellulose, visant à l'utilisation de ce matériau dans les procédures chirurgicales. Les matières premières ont été caractérisées physico-chimiquement par diffraction des rayons X, microscopie électronique à balayage couplée à la spectroscopie des rayons X à dispersion d'énergie. Le temps de prise du matériau a été évalué par le test Vicat et la résistance mécanique du CFC a été évaluée par les tests Flexion (résistance mécanique à la traction) et Ultramicrodureza (module d'élasticité). Les propriétés biologiques ont été évaluées par des tests de dégradation in vitro dans une solution de Tris-HCL et la cytotoxicité dans une culture bactérienne et un test in vivo par la méthode HET-CAM. Les résultats ont montré une meilleure performance du BCP nanométrique, avec un temps de prise finale faible, 22 minutes, et une résistance mécanique de l'ordre de 4 MPa, compatible avec celle attendue pour l'os spongieux. Les tests biologiques ont confirmé la réponse biologique satisfaisante de ces nanocomposites. Cela démontre que le matériau a le potentiel d'application clinique pour remplacer le ciment acrylique largement utilisé aujourd'hui.

Translated Description (Spanish)

RESUMEN En las últimas dos décadas, los estudios se han intensificado para desarrollar nuevas terapias para aplicaciones en enfermedades degenerativas del tejido óseo, así como formas menos invasivas de tratamiento de traumatismos por accidentes de tráfico. En este escenario, las biociencias de fosfato de calcio de curado rápido (CFC) para aplicaciones inyectables y/o moldeables permiten su uso a través de técnicas quirúrgicas mínimamente invasivas. Las matrices de CFC han atraído un gran interés para su uso en ortopedia y odontología como sustitutos de las partes dañadas del sistema osteocondral, lo que permite su uso en la reparación o el relleno óseo. En este trabajo, se procesaron CFCs consistentes en dos fosfatos de calcio bifásicos (BCP) diferentes, uno con distribución micrométrica y el otro con distribución nanométrica, fosfato de sodio y carboximetilcelulosa, con el objetivo de utilizar este material en procedimientos quirúrgicos. Las materias primas se caracterizaron fisicoquímicamente mediante difracción de rayos X, microscopía electrónica de barrido junto con espectroscopía de rayos X de dispersión de energía. El tiempo de fraguado del material se evaluó mediante la prueba Vicat y la resistencia mecánica del CFC se evaluó mediante las pruebas de Flexión (resistencia mecánica a la tracción) y Ultramicrodureza (módulo de elasticidad). Las propiedades biológicas se evaluaron a través de ensayos de degradación in vitro en solución de Tris-HCL y citotoxicidad en cultivo bacteriano y ensayo in vivo mediante el método HET-CAM. Los resultados mostraron un mejor rendimiento del BCP nanométrico, con un tiempo de fraguado final bajo, 22 minutos, y una resistencia mecánica del orden de 4 MPa, compatible con lo esperado para el hueso esponjoso. Los ensayos biológicos confirmaron la respuesta biológica satisfactoria de estos nanocompuestos. Esto demuestra que el material tiene el potencial de aplicación clínica para reemplazar el cemento acrílico ampliamente utilizado en la actualidad.

Files

1517-7076-rmat-25-04-e12859.pdf.pdf

Files (705.9 kB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:9f1f9b8132104e7e659dea5346002cac
705.9 kB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
تحليل الخواص الميكانيكية والبيولوجية لأسمنت عظام فوسفات الكالسيوم ثنائي الطور النانوي سريع المعالجة
Translated title (English)
Analysis of Mechanical and Biological Properties of Fast Curing Nanostructured Biphasic Calcium Phosphate Bone Cement
Translated title (French)
Analyse des propriétés mécaniques et biologiques du ciment osseux au phosphate de calcium biphasique nanostructuré à durcissement rapide
Translated title (Spanish)
Análisis de las propiedades mecánicas y biológicas del cemento óseo de fosfato de calcio bifásico nanoestructurado de curado rápido

Identifiers

Other
https://openalex.org/W3094395772
DOI
10.1590/s1517-707620200004.1159

Is supplement to
https://openalex.org/W4387497383 (Other)
https://openalex.org/W2948807893 (Other)
https://openalex.org/W2935759653 (Other)
https://openalex.org/W2778153218 (Other)
https://openalex.org/W2748952813 (Other)
https://openalex.org/W2527526854 (Other)
https://openalex.org/W2078814861 (Other)
https://openalex.org/W2062208111 (Other)
https://openalex.org/W1976181487 (Other)
https://openalex.org/W1531601525 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Brazil

References

  • https://openalex.org/W1526108238
  • https://openalex.org/W1544787237
  • https://openalex.org/W1966274910
  • https://openalex.org/W1971973305
  • https://openalex.org/W2004602806
  • https://openalex.org/W2031967514
  • https://openalex.org/W2045914287
  • https://openalex.org/W2048387222
  • https://openalex.org/W2087727609
  • https://openalex.org/W2088076390
  • https://openalex.org/W2088144793
  • https://openalex.org/W2089149846
  • https://openalex.org/W2097678347
  • https://openalex.org/W2125693919
  • https://openalex.org/W2126600400
  • https://openalex.org/W2206382105
  • https://openalex.org/W2284748747
  • https://openalex.org/W2550360912
  • https://openalex.org/W2601284383
  • https://openalex.org/W2616557070
  • https://openalex.org/W2732736331
  • https://openalex.org/W2766990777
  • https://openalex.org/W2789338937
  • https://openalex.org/W2811435442
  • https://openalex.org/W2891470854
  • https://openalex.org/W4285719527
  • https://openalex.org/W4301143106