Estudo, in vivo, de uma hidroxiapatite de arquitectura optimizada

Abstract

A Medicina Dentária é uma área em constante evolução, tentando acompanhar as expectativas estéticas e funcionais de uma sociedade cada vez mais exigente. Neste sentido há, inúmeras vezes, a necessidade de estimular a regeneração do tecido ósseo em locais onde este se perdeu ou reabsorveu. Uma das formas de o conseguir consiste na utilização de biomateriais de substiutição óssea que permitam a formação, o mais rapidamente possível, de um tecido ósseo com qualidade. O autoenxerto continua a ser, devido às suas características e capacidades, o material de enxerto ósseo ideal. A sua obtenção está, no entanto, associada a uma segunda cirurgia (para a sua colheita) e subsequente morbilidade, bem como a uma quantidade, muitas vezes insuficiente, que não irá satisfazer o volume de defeito ósseo a tratar. Tendo consciência das limtações associadas aos autoenxertos, têm vindo a ser desenvolvidos diversos materiais de substituição óssea. Estes novos biomateriais pretendem, em última análise, mimetizar e optimizar a fisiologia óssea procurando, desta forma, atingir a excelência biológica. A matriz mineral do tecido ósseo tem sido mimetizada através da manipulação de fosfatos de cálcio, entre os quais se destaca a hidroxiapatite, utilizando várias estratégias que incluem a fabricação de materiais nanoestruturados. A este propósito parece-nos pertinente relembrar que a matriz óssea é um biomaterial nanoestruturado, possuindo uma fase orgânica e uma fase mineral com dimensões nanométricas e que grande parte dos processos biológicos ocorrem a uma escala nano. Assim, os cerâmicos de fosfato de cálcio nanocristalinos parecem constituir, no presente, materiais bastante promissores nos processos de osteointegração. As características de superfície de um biomaterial paecem ter uma importância crucial na evolução da resposta osteoblástica. Com efeito irão determinar o tipo de moléculas proteicas (natureza, quantidade e conformação) que serão adsorvidas à sua superfície. Este “filme” proteico irá mediar a interacção entre o material implantado e as células. De facto, são muitas vezes estas proteínas que irão modular a resposta inicial dos tecidos ao biomaterial em questão. Está hoje em expansão o fabrico de uma nova geração de biomateriais com uma nanotopografia estrategicamente pensada e desenhada, de forma a estimular e modular a resposta celular e molecular no sentido pretendido. Muitos destes biomateriais high-tech pretendem activar processos celulares de osteoindução apenas com base nas propriedades físico-químicas da sua superfície, sem necessidade de recurso a técnicas de imobilização de moléculas bioactivas. O trabalho experimental apresentado neste estudo propõe-se avaliar in vivo, no coelho, o processo de osteointegração e o potencial de regeneração ósseo de uma hidroxiapatite sintética nanocristalina. Este trabalho foi concebido com o objectivo de analisar o comportamento biológico desta hidroxiapatite sintética (utilizando um modelo de cicatrização óssea retardada com defeitos ósseos cranianos com reduzida contenção física) tendo como referência um defeito ósseo preenchido com osso autógeno (controlo positivo) e um defeito ósseo sem preenchimento (controlo negativo). Em paralelo foi ainda avaliada uma hidroxiapatite natural de origem bovina (Bio-Oss® Spongiosa), por ser um material de ampla utilização na clínica de Medicina Dentária. O presente trabalho experimental foi desenvolvido com base uma amostra de 20 coelhos (Oryctolagus cuniculus, n=20), da estirpe “New Zealand White”, machos, adultos, com um peso de 3,4+/- 0,5Kg. Estes coelhos foram divididos em duas séries de 10 coelhos, correspondentes aos dois períodos de tempo de experiência, isto é, duas e quatro semanas. Foi executado o denominado modelo de cicatrização óssea retardada, durante o qual se evita que a regeneração espontânea ocorra durante períodos experimentais de média duração. Procedeu-se à criação de dois defeitos circulares transcorticais bilaterais, com 8mm de diâmetro, um em cada osso parietal. A avaliação dos processos de cicatrização óssea assentou essencialmente em estudos de índole histológica, realizados em microscopia de luz. Os materiais utilizados, todos sob a forma de grânulos/partículas, mostraram uma adequada biocompatibilidade, traduzida pela ausência de reacções inflamatórias ou outras reacções adversas, bem como quaisquer alterações anátomo-patológicas nos tecidos envolventes e órgãos alvo. Os defeitos sem preenchimento (controlo negativo) evidenciaram uma diminuta formação óssea tanto às duas como às quatro semanas. Em termos globais verificou-se uma evolução no sentido de uma cicatrização e não de uma verdadeira regeneração óssea. A maioria dos defeitos apresentou-se constituída por uma fina ponte fibrótica originando o colapso dos tecidos moles. Nos defeitos preenchidos com autoenxerto verificou-se, como era expectável, uma intensa neoformação óssea e um nítido e rápido processo de incorporação dos fragmentos de osso autógeno. Os defeitos foram sendo progressivamente ocupados por uma notável quantidade de trabéculas ósseas constituídas por numerosas áreas de novo osso revestindo, integrando e ligando os fragmentos de autoenxerto entre si e às paredes do defeito. A actividade osteoclástica, traduzida por inúmeras linhas de reversão, foi bastante intensa levando à reabsorção das áreas de tecido imaturo e de fragmentos de autoenxerto, em paralelo com a formação de tecido lamelar. Os defeitos preenchidos com o xenoenxerto de origem bovina mostraram uma aposição óssea crescente à superfície das partículas e, simultaneamente, nos espaços interparticulares, bem como o aparecimento de trabéculas constituídas por tecido imaturo e lamelar, ligando as partículas entre si e às paredes do defeito. Foi também visível a existência de numerosos processos de reabsorção osteoclástica. Pode afirmar-se, pois, que este material de enxerto.demonstrou, neste estudo, uma boa capacidade osteocondutora. A composição química de uma matriz bastante próxima da fase mineral do tecido ósseo deverá, sem dúvida, favorecer e estimular os processos de formação e posterior remodelação de tecido ósseo. Nos defeitos ósseos preenchidos com hidroxiapatite sintética salienta-se a presença de partículas, com forma e dimensões muito heterogéneas. A par de partículas de grande tamanho, muitas delas com “sharp edged” observou-se, também, a existência de imensas partículas de pequenas dimensões. Todas as partículas apresentaram, logo aos quinze dias, uma nítida aposição de tecido ósseo imaturo. Aos trinta dias encontraram-se, já, muitas partículas perfeitamente osteointegradas e trabéculas ósseas bastante organizadas, maioritariamente constituídas por tecido lamelar. Contribuindo para esta intensa actividade osteogénica poderá estar a presença de uma activa interface entre as partículas de hidroxiapatite em estudo e o tecido ósseo sobre elas formado. Esta fina camada parece estabelecer uma íntima relação com o novo tecido ósseo, podendo estar na base da sua formação. Em paralelo registou-se uma acentuada actividade de remodelação óssea. De facto, a observação das lâminas histológicas mostrou a presença, na superfície das partículas de HA, de concavidades em tudo semelhantes a lacunas de Howship e de células multinucleadas com uma morfologia típica de osteoclastos. Sem excluir a existência de uma degradação físico-química, parece-nos ser possível afirmar que esta população celular (linha osteoclástica) foi responsável, em grande parte, pelos processos de degradação e desagregação observados nesta hidroxiapatite. Por outro lado, as concavidades escavadas pelos osteoclastos parecem constituir locais estratégicos e privilegiados para a formação de matriz osteóide e sua posterior mineralização. O microambiente assim gerado será muito propício ao aparecimento de um fenótipo osteoblástico, contribuindo para a formação e maturação de áreas de tecido ósseo. O material utilizado neste grupo experimental reúne um conjunto de variáveis que isoladamente têm reconhecida actividade osteopromotora. A sinergia resultante da combinação das partículas de hidroxiapatite (com uma composição química adequada), dos seus nanocristais e de uma interface favorável, poderá potenciar a adesão, proliferação e diferenciação tanto das células da linha osteoblástica como da linha osteoclástica. A arquitectura optimizada e “biologically inspired” desta hidroxiapatite, poderá estar na base do sucesso dos processos de regeneração óssea observados com este biomaterial. Pretende-se com este estudo, dar continuidade ao trabalho desenvolvido pelo grupo em que estamos integrados, contribuindo com mais alguns dados em relação ao comportamento biológico de materiais sintéticos, nanocristalinos, à base de fosfato de cálcio.

Perspectivas Futuras Uma dissertação de mestrado apresenta características próprias. No entanto, como qualquer outro trabalho de índole científica será sempre algo limitado e finito, pretendendo responder a algumas questões específicas. Tendo por base os resultados apresentados, é incontornável a necessidade de uma análise histomorfométrica no sentido de confirmar e complementar os resutados histológicos obtidos em microscopia de luz. Por razões que nos ultrapassaram, e que nos fizeram desviar do trajecto inicial programado, não nos foi possível efectuar os estudos morfométricos. Assim, temos já programado o inicio dos trabalhos conducentes a uma validação quantitativa dos resultados apresentados nesta dissertação. De forma a tirar conclusões mais precisas parece-nos imprescindível uniformizar o tamanho dos grânulos da hidroxiapatite sintética em estudo, de forma a obter uma ou mais granulometrias. Deste modo, seria possível avaliar o efeito do tamanho das partículas nos processos de osteocondução. Também a obtenção de partículas com uma porosidade interna, interconectada, seria uma característica merecedora de atenção e investimento. Finalmente, e considerando os dados existentes na literatura e já mencionados nesta dissertação, a possibilidade de inclusão de outros elementos químicos nesta hdroxiapatite poderia constituiruma mais valiar para a optimização da sua performance biológica. O conjunto dos estudos realizados bem como os resultados alcançados abriram-nos novas perspectivas para o desenvolvimento de outros trabalhos de investigação clínica e experimental.