Desenvolvimento e caracterização de um cimento de α-tricálcio fosfato e sulfato de cálcio em forma de espuma para regeneração óssea

Abstract

Cimentos de fosfato de cálcio (CPCs) são amplamente estudados como alternativa de biomaterial preenchedor não estrutural em cirurgias maxilofaciais, neurológicas e ortopédicas. A possibilidade de ser injetável permite reparar defeitos ósseos pequenos e irregulares com acesso minimamente invasivo e reduzir o tempo cirúrgico. O cimento deve degradar-se em um ritmo adequado para permitir neoformação óssea simultaneamente. A taxa de degradação depende de propriedades como a razão molar entre cálcio/fosfato (Ca/P), estrutura cristalina, área de superfície, porosidade e tamanho de poros. Uma via suficientemente porosa, com poros interligados, é necessária para permitir a formação de vasos sanguíneos e proliferação de células osteoprogenitoras. O objetivo deste estudo foi desenvolver e caracterizar um cimento preparado em forma de espuma, constituído pela fase alfa +6-6:-(ĺ6ĺ90*M3*0*6 Į-TCP) e sulfato de cálcio hemidratado (CSH). As proporções ,Qĺ9,Į-TCP/CSH foram: 90/10 (G90), 80/20 (G80), 70/30 (G70) respectivamente. A fase líquida foi composta por hidrogeno fosfato dissódio, surfactante, alginato de sódio e água destilada. Um grupo permaneceu sem CSH para ser usado como controle. A espuma foi obtida com a utlização de seringas unidas por um conector de PVC, de forma que a fase líquida e o ar foram misturados rapidamente empurrando os dois êmbolos das seringas alternadamente em direções opostas. Posteriormente, 6Y63=5,+,,:7=5(-60)65),(+67(9(6=ĺ9(:,90Q.(*6Qĺ,Q+6Į-TCP e pó de CSH até a formação de um cimento espumoso homogêneo. As características avaliadas foram: distribuição do tamanho dos poros, percentual de porosidade, estrutura cristalográfica e morfologia, bioatividade, degradação e pH. A Microtomografia computadorizada (micro-CT) revelou uma distribuição aleatória e grande variação de tamanho de poros (10µm a 1mm). A caracterização pela difração de RX (DRX) apresentou aumento dos picos de hidroxiapatita deficiente em cálcio (CDHA) em ĺ6+6:6:.9=76:(7]:(*6573,ĺ(9,(SQ6+,Į0+9]30:,+6Į-TCP e CSH após imersão em SBF. As análises pelo microscópio eletrônico de varredura (MEV) confirmaram os resultados do DRX e da espectroscopia no infravermelho por transformada de Fourier (FTIR) mostrando a variação superficial entre os grupos nos diferentes tempos de imersão. G90 e G80 exibiram formas petalóides de CDHA mais definidas após imersão na solução que simula fluido corpóreo (SBF). Os cimentos bifásicos Į-TCP/CSH) preparados em forma de espuma apresentaram maior porcentagem de 7696: 7ޒ+ 6 8=, 6 .9=76 +6 Į-TCP sem CSH. Os grupos com CSH apresentaram características desejáveis e promissoras para utilização em regeneração óssea. Estudos de biocompatibilidade e “in vivo” são necessários para confirmação destes achados.

Calcium phosphate cement (CPC) has been widely studied as a synthetic biomaterial alternative for bone regeneration. Injectability allows to repair small and irregular defects with minimally invasive access and reduce surgical time. CPC should degrade at an appropriate rate to allow bone neoformation simultaneously. The degradation rate depends on the properties of CPC such as molar ratio calcium/phosphate (Ca/P), crystalline structure, surface area, porosity, and pore size. A sufficiently porous pathway, with interconnected pores, is necessary to allow the formation of blood vessels and proliferation of osteoprogenitor cells. The aim of this study was to prepare and characterize a foamed cement consisting of the alpha 7Į(:, 6- ĺ90*(3*0=5 7Į6:7Į(ĺ, Į-TCP) and hemidratated calcium sulfate (CaSO4 + ȕ ș+ Į,796769ĺ06Q:),ĺ>,,QĮ-TCP/CSH wt% were: 90/10 (G90), 80/20 (G80), 70/30 (G70) respectively. The foamed liquid phase was composed of sodium hydrogen phosphate, a surfactant, sodium alginate and distilled water. One group remained without CSH to be used as control. The foam was obtained using syringes joined by a PVC connector, so that the liquid phase and air were quickly mixed by pushing the two plungers of the syringes alternately in opposite directions. ș=):,8=,Qĺ3\ ĺĮ,-6(5Y63=5,>(:7=57,+0Qĺ6(Q6ĺĮ,9:\90Q.,*6Qĺ(0Q0Q.Į-TCP and CSH powder until a homogeneous foamed cement was formed. The characteristics evaluated were pore size distribution, porosity percentage, crystallographic and morphology structure, bioactivity, and pH. X-ray computed microtomography (micro-CT) images of all samples revealed a random distribution and wide size variation of pores ranging from 10µm to 1mm. X-ray diffraction (XRD) analysis showed calcium deficient hydroxyapatite (CDHA) peaks increased in all .96=7:>0ĺĮ*6573,ĺ,+Į\+963\:,:9,(*ĺ06Q6-Į-TCP and CSH. Observations by SEM confirmed the XRD and Fourier- transformed infrared (FTIR) results and showed a superficial variation between the groups at different immersion times. G90 and G80 exhibited more defined petaloid forms of CDHA after immersion in a solution that :05=3(ĺ,: )6+\ -3=0+ ș 07Į(:0* *,5,Qĺ: Į-TCP/CSH) showed higher percenta., 6- 769, 7ޒ ĺĮ(Q ĺĮ, Į-TCP group without CSH. The foamed *,5,Qĺ: .96=7: *6Q:0:ĺ0Q. 6- Į-TCP and CSH showed desirable and promising characteristics for bone regeneration. Biocompatibility and “in vivo” studies are needed to confirm these findings.