Análise in vivo da modulação óssea em implantes de titânio com superfície em nanoescala

Carvalho, Lais Morandini

Nas últimas décadas houve um aumento considerável na utilização dos implantes metálicos para aplicações na área da ortopedia e odontologia, por isso as pesquisas têm como foco estudar os mecanismos biológicos de interação osso-implante. A nanotopografia de superfície de implantes osseointegráveis apresenta efeito direto sobre a resposta biológica óssea. No entanto a maneira como afeta a osseointegração in vivo ainda não está totalmente elucidada. O objetivo neste estudo foi comparar in vivo a influência da superfície em nanoescala (nano) confeccionada em implantes de titânio comercialmente puro (Ticp), comparado-a a superfície lisa (controle) em modelo experimental de camundongos osterix-mcherry (Osx-mcherry), os quais expressam proteína fluorescente concomitante com a expressão do gene osterix (Osx). Os animais receberam implantes de superfície lisa no fêmur direito e com nanoescala no fêmur esquerdo.

Após diferentes períodos de eutanásia baseados na metodologia empregada foram realizados nas peças e nas células os seguintes testes biológicos:

microscopia eletrônica de varredura (MEV) para avaliação da adesão celular e da superfície do implante; histologia e nanotomografia (nanoCT) para observação e quantificação de osso neoformado na interface osso/implante; citometria de fluxo para quantificação de células marcadas pelo gene osterix; PCR em tempo real (qPCR) para avaliação da expressão gênica; coloração fosfatase ácida resistente ao tartarato (TRAP) para contagem de osteoclastos. Nossos resultados mostraram que a maioria dos genes estudados estavam superexpressos nas amostras com superfície em nanoescala sendo que alguns deles apresentaram diferenças estatísticas (Teste t, p < 0.05), tais como: Osx (osterix), Alp (fosfatase alcalina), Prx1(homeobox relacionado emparelhado -1), Dmp1 (Dolicol-fosfatase mannosiltransferase subunidade 1), Bsp (sialoproteína óssea) e Ocn (osteocalcina). Os testes estatísticos ANOVA two way seguido do Teste de Tukey quando necessário, foram utilizados para os demais experimentos e o nível de significância foi estabelecido em p < 0.05. Diferenças estatísticas foram encontradas para o nanoCT e histologia entre as superfícies e períodos avaliados e os melhores resultados foram observados para a nanoescala. A coloração TRAP também mostrou diferenças estatísticas entre as superfícies e períodos estudados, com a superfície lisa mostrando melhores resultados aos 3 dias e a nano aos 5 e 7 dias. Não houve diferença estatística para a citometria de fluxo, porém a superfície em nanoescala mostrou melhores resultados que a lisa em todos os períodos analisados. Concluímos que a superfície em nanoescala possui propriedades osteocondutivas e favorece os eventos biológicos que ocorrem na superfície do implante melhorando o processo de osseointegração(AU)

In the last decades there has been a considerable increase in the use of metal implants for applications in the area of orthopedics and dentistry, so the researches are focused on studying the biological mechanisms of bone-implant interaction. Surface nanotopography of osseointegrated implants has a direct effect on the biological response of bone. However the way it affects osseointegration in vivo is not yet fully elucidated. The aim of this study was to compare the in vivo influence of the nanoscale surface (nano) made on implants of commercially pure titanium (Ticp) with the smooth surface (control), using an experimental model of osterix-mcherry mice (Osx-mcherry), which express fluorescent protein concomitant with osterix gene expression (Osx). The animals received implants with smooth surface in the right femur and nanoscale in the left femur. After different periods of euthanasia based on the methodology used, biological tests were performed in the femur and cells: scanning electron microscopy (SEM) for evaluation of cell adhesion and implant surface; histology and nanotomography (NanoCT) for observation and quantification of neoformed bone at implant interface; flow cytometry for quantification of cells marked by the osterix gene; Real-time PCR (qRT-PCR) for gene expression evaluation; tartrate resistant acid phosphatase staining (TRAP) for osteoclast counts. Our results showed that most genes studied were overexpressed in the nanoscale surface and some of which presented statistical differences(t Test, p <0.05), such as: Osx (osterix), Alp (alkaline phosphatase), Prx1 (related paired homeobox), Dmp1 (Dolicol-phosphatase mannosyltransferase subunit 1), Bsp (bone sialoprotein) and Ocn (osteocalcin). The two-way ANOVA statistical test followed by the Tukey test when necessary were used for the other experiments and the level of significance was set at p <0.05. Statistical differences were found for the nanoCT and histology between surface and periods evaluated and the best results were observed for the nanoscale. The TRAP staining also showed statistical differences between the surfaces and periods studied, with the smooth surface showing better results at 3 days and nano at 5 and 7 days. There was no statistical difference for flow cytometry, but the nanoscale surface showed better results than the smooth surface in all analyzed periods. We conclude that the nanoscale surface has osteoconductive properties and improves the biological events that occur on implants surface improving the osseointegration process(AU)