Análises da integridade da superfície de implantes dentais e da influência dos tratamentos de nitretação e amino-funcionalização na osteogênese

Orientador: Altair Antoninha Del Bel CuryTese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Odontologia de PiracicabaResumo: Os implantes dentais recebem diversos tratamentos para criar micro- e nano-estruturas na superfície, aumentando a área de contato com o osso e favorecendo a osseointegração. O objetivo deste trabalho foi quantificar por meio de parâmetros de rugosidade as alterações de superfície causadas pelo processo de inserção no tecido ósseo e investigar a presença de partículas soltas de titânio na interface osso-implante (Capítulo 1); avaliar a influência do tratamento de nitretação por plasma nas propriedades de superfície do titânio e na sua biocompatibilidade (Capítulo 2); e avaliar a adsorção de proteínas in vitro e a osteogênese ao redor de implantes amino-funcionalizados instalados em coelhos (Capítulo 3). No Capítulo 1, a rugosidade de três grupos de implantes representando differences geometrias e tratamentos de superfície foi avaliada por interferometria antes e após a inserção dos mesmos em blocos de costela bovina. Os blocos também foram avaliados por microscopia para identificar partículas de titânio presentes na interface. A amplitude de todos os parâmetros de rugosidade das superfícies dos implantes foram menores após a inserção para todos os grupos e as imagens microscópicas revelaram a presença de partículas de titânio a alumínio na interface, concentradas principalmente no nível do osso cortical. Assim, concluiu-se que as superfícies moderadamente rugosas podem gerar partículas soltas de titânio na interface. No Capítulo 2, discos de titânio (12,7 × 2 mm) moderadamente rugosos foram nitretados por plasma a frio. Osteoblastos humanos (SAOS-2) foram cultivados sobre os discos por 1, 3, 5 e 7 dias. A proliferação e diferenciação celular foram avaliadas por MTS, produção de fosfatase alcalina e por qPCR. Foi observado, que a nitretação aumentou a quantidade de nitrogênio na superfície, além da dureza, molhabilidade e nanoestruturas. Não houve diferença no comportamento célular em relação ao grupo não nitretado. Assim, concluiu-se que a nitretação por plasma a frio aumentou a dureza da superfície e não prejudicou a biocompatibilidade do titânio. No Capítulo 3, o titânio foi aminofuncionalizado com 3-aminopropiltrietoxisilano. O perfil protéico adsorvido foi avaliado por espectrometria de massas após discos serem imersos em plasma sanguíneo humano por 3 h. Para a análise da osteogênese, implantes de titânio (3,75 × 6 mm) receberam o mesmo tratamento e foram instalados em 10 coelhos New Zealand adultos (1 na metáfise distal do fêmur e 2 na metáfise proximal da tíbia de ambas as patas). Os animais foram sacrificados após 3 e 6 semanas e os implantes e osso adjacente foram coletados, fixados e incluídos em blocos de resina. Em seguida, lâminas de 20 ?m de espessura foram preparadas na região central de cada implante e coradas com azul de toluidina. A análise histomorfométrica compreendeu a mensuração da área de contato osso-implante. A superfície tratada apresentou maior quantidade total de proteínas adsorvidas; no entanto, com menor abundância relativa de fibronectina. Não houve diferença para a área de contato osso-implante entre os dois grupos de implantes após 3 e 6 semanas. Assim, concluiu-se que a amino-funcionalização aumentou a quantidade de proteínas adsorvidas, mas não foi efetiva para acelerar a osteogênese.Abstract: Dental implants receive surface treatments to create micro- and nanostructures on surface to increase the contacting area with bone, which favors osseointegration. However, the resistance of these structures in face of the friction against the bone tissue during the implant insertion is not evaluated yet. Thus, the objective in this study was to quantify by means of roughness parameters the surface wear caused by the insertion procedure in the bone tissue and to investigate the presence of loose titanium particles at bone-implant interface (Chapter 1); to evaluate the influence of plasma nitriding treatment on surface properties of titanium and on its biocompatibility (Chapter 2); and to investigate the protein adsorption in vitro and osteogenesis around amino-functionalized implants placed in rabbits (Chapter 3). In Chapter 1, roughness of three implants representing different geometries and surface treatments were evaluated by interferometry before and after insertion into bovine rib blocks. The blocks were also evaluated by microscopy to identify titanium particles at the interface. The amplitude of all roughness parameters were smaller after the insertion procedure for all implant groups and microscopic images revealed presence of loose titanium and aluminum particles at the interface, concentrated at the cortical crest. Therefore, it was concluded that moderately rough surfaces can release loose particles at the interface. In Chapter 2, titanium discs (12.7 × 2 mm) with moderately rough surface were nitrided by cold plasma. Human osteoblasts (SAOS-2) were cultivated on the discs for 1, 3, 5 and 7 days. Cell proliferation and differentiation were evaluated by MTS, production of alkaline phosphatase and by qPCR. It was observed that plasma nitriding increased the nitrogen content on surface, and also hardness, wettability and nanostructures. No significant difference between titanium and nitrided surface was seen on cell behavior. Therefore, it was concluded that nitriding treatment increase surface hardness and does not jeopardize the biocompatibility of titanium. In Chapter 3, titanium was amino-functionalized by 3-aminopropyltriethoxysilane. Protein profile was identified by mass spectroscopy after discs were immersed in human blood plasma for 3 h. To evaluate osteogenesis, titanium implants (3.75 × 6 mm) were placed in 10 New Zealand adult rabbits (1 in the femoral distal metaphysis and 2 in the tibial proximal metaphysis of both legs). The animals were sacrificed after 3 and 6 weeks and implants with adjacent bone were collected, fixed and included in resin blocks. After, 20 ?m thick slides were prepared at the central region of each implant and stained by toluidine blue. Histomorphometric analysis consisted of measuring the bone-to-implant contact (BIC). Treated surface exhibited higher amount of adsorbed proteins; however, lower relative abundance of fibronectin. No significant difference was identified between the groups for BIC values after 3 and 6 weeks. Therefore, amino-functionalization enhance protein adsorption but has no effect on early bone formation.DoutoradoProtese DentalDoutor em Clínica Odontológic

Efeito da hidroxiapatita bovina no período inicial de formação óssea

PURPOSE: This study aimed to characterize the effect of bovine hydroxyapatite particles (HA) on the early stages of bone repairing in a rat femur defect model. METHODS: A non-critical 2 mm diameter bone defect was made in both femurs of 25 male albino Wistar rats. The left femurs defects were filled with HA and the right femurs defects were just let to fill with blood. Five animals were sacrificed at the 1st, 3rd, 5th, 7th or 14th post-surgery day and bone tissue sections were stained with hematoxylin and eosin for comparison of inflammatory response by light microscopy. Histomorphometrical analysis of the newly formed bone was evaluated at the three last periods, using independent t-student test to compare both groups at each period (a=0.05). RESULTS: Histological analyses showed same standard of bone repair on first and third day; however, from the fifth post-surgery day there was a higher deposit of collagen fibers surrounding the hydroxyapatite particles and a greater thickness of the opposite side periosteum. There was no significant histomorphometrical difference between groups at all periods. CONCLUSION: It can be concluded that hydroxyapatite does not accelerate the early-stage of bone repairing, despite of induction of a higher deposit of collagen fibers.OBJETIVO: O objetivo deste estudo foi caracterizar o efeito das partículas de hidroxiapatita bovina (HA) nos estágios iniciais da reparação óssea em modelo de defeito ósseo em fêmur de ratos. METDOLOGIA: Defeito ósseo não crítico de 2 mm de diâmetro foi feito em cada fêmur de 25 ratos Wistar albinos. O defeito do fêmur esquerdo foi preenchido com HA enquanto a cavidade direita foi preenchida apenas com sangue. Cinco animais foram sacrificados no 1º, 3º, 5º, 7º e 14º dia pós-cirúrgico. Os cortes histológicos do tecido ósseo foram corados com hematoxicilina e eosina para comparação da resposta inflamatória por microscopia óptica. Análise histomorfométrica do tecido ósseo neoformado foi avaliado nos três últimos períodos utilizando o teste t de Student para comparação de ambos os grupos em cada período de avaliação (a=0,05). RESULTADOS: A análise histológica mostrou o mesmo padrão de reparação óssea no 1º e 3º dia; entretanto, no 5º dia pós-cirúrgico houve um maior depósito de fibras de colágeno ao redor dos cristais de hidroxiapatita e uma maior espessura do perióstio oposto. Não houve diferença histomorfométrica significativa entre os grupos em todos os períodos avaliados. CONCLUSÃO: Pode ser concluído que a hidroxiapatita não acelera os estágios inicias da reparação óssea, apesar de induzir a um maior depósito de fibras de colágeno

Influence of Candida albicans biofilm coverage area on denture disinfection by microwave energy

Orientador: Altair Antoninha Del Bel CuryDissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Odontologia de PiracicabaResumo: A candidose oral é a infecção fúngica mais comum diagnosticada em humanos. Em indivíduos com sistema imunológico comprometido, pode disseminar-se sistemicamente causando um quadro denominado de candidemia, o qual está relacionado com alta mortalidade e aumento do tempo de permanência hospitalar. A candidose é frequentemente associada ao uso de próteses removíveis, apresentando-se como uma inflamação da região recoberta da mucosa, o que demanda a necessidade de controle microbiológico no biofilme patogênico acumulado na prótese para prevenção da candidose oral. Assim, o objetivo deste estudo foi verificar se a extensão da área da prótese removível colonizada com biofilme de Candida albicans influencia o processo de esterilização por energia de micro-ondas. Cento e vinte próteses totais superiores estéreis tiveram áreas distintas de 2,35cm2 ou 5,50cm2 colonizados com biofilme de Cândida albicans de 72 horas. Cada prótese foi imersa em 200 mL de água destilada estéril e irradiada com potências de 450, 630 ou 900 W por diferentes tempos (1,2 e 3 min) até que não fosse detectada a presença de células fúngicas viáveis (n=6). Também a temperatura final da água foi aferida imediatamente após a irradiação para verificar sua influência neste processo. Os resultados apresentaram diferença estatística significante para a extensão da área colonizada (p<0,001), sendo que a área de maior extensão demandou um maior tempo de irradiação para esterilização. Nas próteses totais com a maior área colonizada e irradiadas por 3 minutos, independente da potência não foi detectado crescimento fúngico, sendo significantemente diferente dos demais tempos (p<0,001). As próteses com menor extensão de área colonizada apresentaram-se estéreis após 1 minuto a 900 W e 2 minutos para 450 e 630 W. Houve correlação positiva entre a temperatura final da água e a eficácia da esterilização (r=0, 6170). Considerando as limitações deste estudo, é possível concluir que quanto menor a extensão da área colonizada por biofilme menor é o tempo de irradiação por micro-ondas requerido para a esterilização.Abstract: Oral candidosis is the most common fungal infection diagnosed in humans. In subjects with compromised immune system, it can disseminate to candidemia, which is related to high mortality and more hospital time consumption. Candidosis is commonly related to denture wearers, characterized by an inflammation of the coverage portion of mucosa, demanding the necessity of microbiologic control of the biofilm accumulated on denture surface for prevention of oral candidosis. Therefore, the aim of this study was to evaluate the influence of Candida albicans biofilm coverage area on the effectiveness of microwave disinfection. One hundred twenty sterile dentures have two distinct areas, 2.35 or 5.50cm2, coverage by 72 hours Candida albicans biofilm. Each denture was immersed in 200 mL of sterile distilled water and was irradiated by 450, 630 or 900 W and different exposure times (1, 2 e 3 min) until no viable cells were detected (n=6). The final temperature was also measured to verify its influence on this process. The results showed statistical difference between the biofilm coverage area (p<0,001), in which a higher coverage demands more exposure time for sterilization. The dentures with higher biofilm coverage and irradiated for 3 minutes, independently of power set, showed no fungal growth, this exposure time was statistically different from 1 and 2 min (p<0,001). Dentures with lower biofilm coverage were sterilized after 1 min at 900 W and 2 min for 450 and 630 W. There was a positive correlation between the final water temperature and the effectiveness of sterilization (r=0, 6170). Considering the limitations of this study, it is possible to conclude that lower biofilm coverage demands a lower microwave exposure time for sterilization achievement.MestradoProtese DentalMestre em Clínica Odontológic

Influence of crown-to-implant ratio, retention system, restorative material, and occlusal loading on stress concentrations in single short implants

Purpose: The aim of this study was to assess the contributions of some prosthetic parameters such as crown-to-implant (C/I) ratio, retention system, restorative material, and occlusal loading on stress concentrations within a single posterior crown supported by a short implant. Materials and Methods: Computer-aided design software was used to create 32 finite element models of an atrophic posterior partially edentulous mandible with a single external-hexagon implant (5 mm wide × 7 mm long) in the first molar region. Finite element analysis software with a convergence analysis of 5% to mesh refinement was used to evaluate the effects of C/I ratio (1:1; 1.5:1; 2:1, or 2.5:1), prosthetic retention system (cemented or screwed), and restorative material (metal-ceramic or all ceramic). The crowns were loaded with simulated normal or traumatic occlusal forces. The maximum principal stress (σmax) for cortical and cancellous bone and von Mises stress (σvM) for the implant and abutment screw were computed and analyzed. The percent contribution of each variable to the stress concentration was calculated from the sum of squares analysis. Results: Traumatic occlusion and a high C/I ratio increased stress concentrations. The C/I ratio was responsible for 11.45% of the total stress in the cortical bone, whereas occlusal loading contributed 70.92% to the total stress in the implant. The retention system contributed 0.91% of the total stress in the cortical bone. The restorative material was responsible for only 0.09% of the total stress in the cancellous bone. Conclusion: Occlusal loading was the most important stress concentration factor in the finite element model of a single posterior crown supported by a short implant