Redução de morbilidade latrogénica no local dador de enxerto ósseo: estudo de alternativas cirúrgicas em modelo ovino

Abstract

Em perdas de osso de grandes extensões o enxerto ósseo esponjoso autólogo é uma técnica frequentemente utilizada para o tratamento de defeitos ósseos críticos, sendo a tuberosidade da tíbia e a crista ilíaca os locais mais utilizados para colheita de osso. Os defeitos monocorticais no ilíaco, resultantes da colheita de enxerto ósseo requerem períodos de regeneração longos e os defeitos bicorticais e tricorticais não regeneram completamente ao longo da vida. Estes factos motivam a necessidade de desenvolvimento de substitutos de osso esponjoso que podem potencialmente substituir o enxerto ósseo autólogo. Dentro dos biomateriais para a produção de substitutos de osso esponjoso estão os poli h id roxiácidos e os poliuretanos biodegradáveis. Os poliuretanos são particularmente interessantes uma vez que podem ser sintetizados num espectro amplo de propriedades físicas e químicas, taxas controladas de degradação in vivo e processados em estruturas de suporte para engenharia tecidular e medicina regenerativa. Os substitutos de poliuretano elastomérico quando utilizados para o tratamento de defeitos ósseos permitem o estabelecimento de um contacto íntimo na interface entre o osso nativo e a estrutura de suporte, o que pode promover a migração celular a partir das extremidades ósseas para a mesma, promovendo a regeneração óssea. Neste estudo foram utilizadas estruturas de suporte de poliuretano elastomérico biodegradável como substitutos de osso esponjoso para o tratamento de defeitos críticos tricorticais na crista ilíaca (40 mm X 20 mm) e monocorticais na tuberosidade da tíbia de ovelhas (15 mm X 15 mm). As estruturas tinham uma taxa controlada dos componentes hidrofílico e hidrófobo, uma porosidade entre 80 a 380 gm, uma taxa poro-volume de 75 a 90% e foram conjugadas com cristais de hidroxiapatite nanonumérica para promover a osteocondutividade. Em quatro grupos de seis animais cada: Grupo 1 (grupo controlo) - os defeitos ósseos permaneceram vazios; Grupo II – os defeitos ósseos foram cobertos com uma membrana polimérica microporosa de ácido poli(UDL-láctico) 80120; Grupo 111 – os defeitos ósseos foram preenchidos com uma estrutura de suporte modificada com um sistema de creatina/putrescina e cobertos com a membrana polimérica de ácido poli(L/DL-láctico) 80/20; Grupo IV – os defeitos ósseos foram preenchidos com uma estrutura de suporte modificada com lecitina de soja e cobertos com a membrana polimérica de ácido poli(L/DL-láctico) 80/20. A duração do período experimental foi de 26 semanas ao fim das quais foi realizada a eutanásia, os espécimes foram colhidos e avaliados através de tomografia axial computadorizada, macrorradiografia e h isto m orfometria. Nos espécimes ósseos para a avalição histológica foram utilizados corantes intravitais fluorescentes (calceina verde e xilenol laranja) e Giemsa-eosina. No grupo 1 (controlo), quer na tuberosidade da tíbia quer na crista ilíaca não houve regeneração óssea em nenhum dos animais. Este facto não é surpreendente uma vez que os defeitos eram críticos. No grupo II e em ambos os locais dadores, o osso neoformado ligou as extremidades ósseas em todos os animais. Este facto indica claramente que a membrana polimérica de ácido poli(L/DL-láctico) 80/20 actua como guia na promoção da regeneração óssea no defeito coberto pela mesma (ROG – regeneração óssea guiada). Um facto interessante foi a presença de osso neoformado nos poros da membrana indicando o seu potencial osteocondutivo. Embora estes resultados não sejam estatisticamente significativos, demonstram de forma evidente que a membrana é osteopromotora. Nos grupos III e IV, em que os defeitos foram preenchidos com estruturas de suporte de poliuretano modificado com componentes biologicamente activos, a regeneração óssea foi mais eficiente na tuberosidade da tíbia e na crista ilíaca do que no grupo Il. Nos grupos III e IV foram observados valores mais elevados de: número de osteónios por campo óptico (38,1+8,3 42,7+7,4 e 25,4+12,7 respectivamente; P<0,05), taxa de aposição mineral (2,7+0,3 2,4+0,1 2,2+0,7 N.S) e densidade óssea da regeneração no defeito tibial (250,5+143,1; 244,6+95,5; 10,8+48,0; P<0,05). Nos restantes parâmetros para a tuberosidade da tíbia e a crista ilíaca apenas encontrámos valores que sugerem uma tendência favorável para a osteorrege n e ração. Não foram encontradas diferenças estatisticamente significativas entre os grupos III e IV: Os resultados obtidos neste estudo sugerem que o poliuretano biodegradável como substituto de osso esponjoso modificado com substâncias biologicamente activas pode ser uma alternativa ao enxerto ósseo autólogo esponjoso no tratamento de defeitos ósseos. A capacidade destes substitutos na regeneração óssea pode ser promovida pela modificação com enriquecimentos específicos. Estes implantes de poliuretano como substitutos de osso esponjoso, quando utilizados para o preenchimento de defeitos nos locais dadores, podem reduzir significativamente a sua morbilidade. • /ABSTRACT - Autogenous cancellous bone graft from the iliac crest and/or the tibial tuberosity is commonly used in the clinics to promote healing of critical-size segmental long bone defects. Bone harvesting is traumatic, causes morbidity of the donor site, and often results in complications. Monocortical bone defects in the ilium resulting from harvesting of bone graft require long time to heal, while bicortical and tricortical defects do not heal for life time. Ali these promote efforts to develop cancellous bone graft substitutes which might potentially replace autogenous bone graft. Among biomaterials for cancellous bone graft substitutes are bioresorbable polyhydroxyacids and polyurethanes. Polyurethanes are of special interest as they can be synthesized over a broad range of physical and biochemical properties, controllable rates of in vivo degradation and processed into porous scaffolds for tissue engineering and regenerative medicine. Elastomeric polyurethane bone graft substitutes when used to treat bone defects, allow for an intimate contact to be established at the native bone-scaffold interface, which may promote cell migration from bone ends into scaffold and facilitate bone healing. In this study biodegradable elastomeric polyurethane scaffolds were used as cancellous bone graft substitutes to treat critical-size defects in the iliac crest (40 mm X 20 mm) and tibial tuberosity of sheep (15 mm X 15 mm). The polyurethane scaffolds had controlled ratio of the hydrophilic-to-hydrophobic components, the pore size in the range of 80 to 380 gm, the pore-to-volume ratio in the range of 75 to 90%, and were loaded with nanosize hydroxyapatite crystals to promote osteoconductivity. There were four groups of six animals each: Group 1 (control group) – bone defects left empty; Group II – bone defects covered with a microporous polymeric membrane from poly (L/DL lactide) 80/20; Group 111 – bone defects filled with polyurethane scaffolds modified with a system of creatine/putrescine and covered with the microporous polymeric membrane from poly (L/DL lactide) 80/20; Group IV bone defects filled with polyurethane scaffolds modified with soy lecithine and covered with the microporous polymeric membrane from poly (L/DL lactide) 80/20. The duration of the experiments was 26 weeks. At this time the animals were euthanized, the bone specimens were harvested and evaluated using computerized tomography, macrorradiography and histomorphometry. Bone specimens for histological evaluation were stained with vital fluorescence stains (calcein green and xylenol orange) and Giemsa-eosin. In group 1 (control), in both the tibial tuberosity and the iliac crest, in none of the animals there was bone regeneration. This is not astonishing as the defects were of critical-sized. In group II, in both donor sites, the new bone bridged the bone ends in all animals. This clearly indicates that the poly(L/DL-lactide) 80/20 membrane acts as a guide which promotes bone regeneration in the defect covered with membrane (guided bone regeneration GBR). Interestingly, the new bone was also present in the pores of the membrane indicating its osteoconductive potential. Although these results were not statistically significant, they evidently show that the membrane is osteopromotive.