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Doctoral Thesis
DOI
https://doi.org/10.11606/T.10.2020.tde-19012021-123847
Document
Author
Full name
Nicole Fidalgo Paretsis
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Paulo, 2020
Supervisor
Committee
Zoppa, André Luis do Valle de (President)
Corrêa, Rodrigo Romero
Freitas, Silvio Henrique de
Plepis, Ana Maria de Guzzi
Roncati, Neimar Vanderlei
Title in Portuguese
Avaliação da regeneração óssea por métodos de imagem, a partir de falhas segmentares preenchidas com biomaterial, em tíbia de ovinos
Keywords in Portuguese
Biomateriais
Densitometria
Ortopedia
Termografia
Ultrassonografia
Abstract in Portuguese
Os biomateriais biodegradáveis utilizados na ortopedia são desenvolvidos como adjuvantes à regeneração óssea. A associação de células-tronco a estes biomateriais vem sendo foco de estudos para potencializar esta função. Para avaliação destes substitutos ósseos há necessidade de uma série de análises multidisciplinares que envolvem desde a produção do biomaterial até a reação do organismo perante sua presença. O uso de métodos para o entendimento do processo de regeneração óssea envolve comumente os exames de imagem associados a avaliação física do paciente. Na rotina veterinária, a reparação óssea e a conduta do caso são norteadas preferencialmente por exames não invasivos para que estes não interfiram no reparo ósseo e consequentemente na cura do paciente. Acredita-se que este trabalho contribuiu para o entendimento da regeneração óssea a partir de um material exógeno (o biomaterial de estudo) através dos exames de imagem, considerados fundamentais para a rotina ortopédica. O objetivo deste trabalho foi avaliar por densitometria (convencional e digital), termografia (T), ultrassonografia (US) e microscopia eletrônica de varredura (MEV), a regeneração óssea por 90 dias (D), a partir do implante de biomaterial composto de hidroxiapatita, quitosana e nanotubo de carbono. Para isso, foi realizado defeito crítico na tíbia em 18 ovelhas adultas, divididas em três grupos: grupo controle (GC), grupo com implante de biomaterial (BIO) e grupo com implante de biomaterial associada à célula-tronco (CT). O efeito tempo X grupo foi significativo na densitometria convencional com medidas menores em 60 e 90 dias do GC comparado do BIO e CT, e aumento significativo após 30 dias em todos os grupos. A análise de correlação revelou associação significativa e positiva entre as densitometrias digital e convencional. Quanto ao preenchimento do conteúdo da falha por US, nos momentos 30, 60 e 90 dias os valores para os grupos BIO e CT foram maiores em relação ao GC. O BIO apresentou valores menores em relação aos grupos GC e CT nos sinais doppler por US. Nos bordos da falha óssea por US, no grupo CT foi observada maior frequência de arredondamento dos bordos sem proliferação óssea comparado ao BIO e GC aos 90 dias. Na T o CT foi superior ao GC no efeito grupo. Ao longo do tempo, foi observado aumento de temperatura a partir de 15 dias de pós-operatório nos três grupos, seguido por uma diminuição e estabilização das medidas em D30 e D60 respectivamente. Na MEV foi observada boa interação entre o tecido neoformado, o remanescente e o biomaterial. Conclui-se que o processo de regeneração óssea se encontrava em fase de reparo aos 90 dias. Não houve diferenças expressivas entre os grupos BIO e CT, os quais apresentaram comportamento favorável ao processo de regeneração até o período estudado.
Title in English
Evaluation of bone healing in tibial segmental defect with biomaterials in sheep model using imaging methods
Keywords in English
Biomaterials
Densitometry
Orthopedics
Thermography
Ultrasonography
Abstract in English
Biodegradable biomaterials are used in orthopedic surgery to assist bone regeneration. The ability of stem cell/biomaterial combinations to promote bone healing has been investigated in several studies. Proper evaluation of bone substitutes requires a comprehensive approach, including investigation of manufacturing practices and analysis of body responses to biomaterial implantation. In order to prevent potential interferences with bone repair and patient recovery, non-invasive methods are often selected to investigate bone healing and guide medical interventions in veterinary practice. This study was designed to investigate bone healing following implantation of a biomaterial composed of hydroxyapatite, chitosan and carbon nanotube. Bone healing assessment was based on data derived from imaging modalities traditionally used in orthopedic practice. A critical bone defect was created in the tibia of 18 adult female sheep. Animals were allocated to one of three groups: control group (CG), biomaterial group (BIO) and stem cell/biomaterial group (SC). Conventional and digital densitometry, thermography (T), ultrasonography (US) and scanning electron microscopy (SEM) were used to assess bone healing at 30, 60 and 90 days. Conventional densitometry revealed a significant group by time interaction effect, with lower values in the control relative to the BIO and the SC group at 60 and 90 days and significantly higher values after day 30 in all groups. Correlation analysis revealed significant positive associations between conventional and digital densitometry. Sonographic assessment revealed higher bone defect healing rates in the BIO and the SC relative to the control group at 30, 60 and 90 days. Doppler signals were more intense in the BIO relative to the control and the SC group. Sonographic images of bone defect margins revealed higher frequency of rounded margins and lack of bone proliferation in the SC relative to the BIO and the control group at 90 days. Thermography revealed higher temperatures in the SC relative to the control group. Temperatures increased in all groups after postoperative day 15, then decreased and remained unchanged (30 and 60 days respectively). Scanning electronic microscopy revealed good interactions between bone tissue, newly formed bone and the selected biomaterial. In conclusion, findings of this study suggest the bone regeneration process was in the repair phase at 90 days. There were no significant differences between BIO and SC groups. In both groups, findings were consistent with satisfactory bone healing over the course of 90 days. This study was thought to make significant contributions to the understanding of biomaterial-assisted bone healing.
 
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Publishing Date
2021-01-26
 
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