Um método melhorado Ensaios Mecânicos para Avaliar osso-implante Anchorage

O objetivo geral deste procedimento é avaliar a ancoragem e a estabilidade do osso reparador recém-formado em relação a superfícies de implantes candidatas. Isso é realizado primeiramente criando dois grupos de implantes de titânio personalizados. Um grupo submetido a um tratamento padrão de jateamento com partículas abrasivas para criar uma microtopografia subjacente e um segundo grupo com o mesmo tratamento de jateamento, além de cristais nanométricos de fosfato de cálcio sobrepostos.

O segundo passo é posicionar implantes no fêmur distal de ratos Wistar machos durante nove dias, momento em que os fêmures são coletados. Em seguida, os fêmures são limpos e o osso circundante é aparado até a largura do implante, deixando espécimes para testes mecânicos com o arco cortical em ambos os lados do implante. O passo final é colocar os espécimes de teste em um compósito dental fluído utilizando um molde personalizado removível, o que isola 0,5 milímetros de osso peri-implantar e permite realizar testes mecânicos nos espécimes.

No final das contas, os resultados dos testes mecânicos fornecem uma avaliação da capacidade da superfície do implante candidato atuar como uma superfície de ancoragem para o osso reparador recém-formado. Este método pode ser empregado para demonstrar a importância de diferentes faixas de escala da topografia da superfície do implante sobre os vários mecanismos de ancoragem óssea, desde a ligação óssea em escala nanométrica até o crescimento ósseo em escala micrométrica grossa. A técnica é particularmente adequada para medir os efeitos de projetos de superfície candidatos, como superfícies ancoradas para o osso reparador recém-formado.

Como limita a região de teste mecânico a dentro de meio milímetro da superfície do implante, este método pode fornecer informações sobre os efeitos na formação óssea em função do design da superfície do implante e também pode ser aplicado a outros materiais de implantes metálicos, cerâmicos e poliméricos. Para iniciar este procedimento, fabrique implantes de titânio com formato retangular a partir de titânio comercialmente puro, depois perfure um orifício centralmente ao longo do eixo longitudinal e prepare suas superfícies para implantação conforme descrito no protocolo de texto complementar; atribua um implante ao fêmur esquerdo e outro ao direito por meio de randomização parcial.

Isso garante que um de cada tipo de implante termine no mesmo animal e permite a otimização da análise estatística. Como em todos os procedimentos com animais, obtenha a aprovação do protocolo pelo comitê local de cuidados com animais antes de iniciar qualquer experimento para este procedimento. Obtenha ratos Wistar jovens que pesarão entre 200 e 250 gramas no momento da cirurgia.

Sedate um rato por vez usando anestesia inalatória para indução. Administre 4% de isoflurano em oxigênio com uma taxa de fluxo de um litro por minuto. Em seguida, use 2% de isoflurano em uma mistura de um litro por minuto de óxido nitroso e 0,6 litros por minuto de oxigênio.

Para manter a sedação, realize um teste padrão de preensão do dedo do pé para garantir uma sedação eficaz antes de prosseguir com o procedimento. Após a sedação completa, aplique pomada de lágrima artificial em ambos os olhos e administre analgésico pré-operatório por meio de injeção subcutânea de 0,01 a 0,05 miligramas por quilograma de buprenorfina. Em seguida, depile a região anterolateral de cada pata traseira e desinfete a área cirúrgica alternando três vezes entre Betadine 10% e etanol 70%.

Coloque a rata em uma placa de circulação de água morna para prevenir hipotermia durante o procedimento, utilizando um bisturi cirúrgico número 15. Faça uma incisão através da pele ao longo da face lateral da coxa para expor o músculo. Em seguida, exponha o fêmur distal utilizando dissecação romba para desviar os ventres musculares de maneira minimamente invasiva.

Em seguida, remova cuidadosamente a fina camada de periósteo, que recobre o fêmur, utilizando um elevador periosteal para expor completamente o osso cortical para perfuração. Tenha cuidado para não danificar a placa de crescimento ou a cartilagem articular da articulação do joelho durante a dissecação romba ou a remoção do periósteo. Após o fêmur ser limpo e inspecionado, rotacione-o lateralmente para expor a face anterior do fêmur distal.

Também certifique-se de que há bastante soro fisiológico estéril disponível para irrigar o tecido durante a perfuração, a fim de evitar o superaquecimento do tecido. Antes da perfuração, meça a localização de dois orifícios, separados por 2,5 milímetros ao longo da linha média do fêmur, utilizando um paquímetro. Em seguida, fixe uma broca dentária de 1,3 milímetro a uma peça de mão dentária e crie os orifícios perfurando através da cortical anterior. A seguir, fixe uma broca dentária helicoidal de 1,3 milímetro à peça de mão e prolongue os orifícios através da cortical oposta do fêmur, resultando em orifícios bicorticais paralelos.

Por fim, substitua a broca helicoidal por uma broca especial de corte lateral e utilize-a para unir os orifícios em direção proximal-distal, formando o local para o implante. Uma vez concluído o defeito, passe uma sutura biodegradável pela abertura usando a agulha acoplada e retorne-a ao redor do córtex femoral externo. Em seguida, enfileire o implante na extremidade livre da sutura e guie-o para dentro do defeito, onde deverá ser ajustado por pressão.

Amarrar a sutura ao redor da face lateral do fêmur para proporcionar estabilidade ao implante durante a recuperação pós-operatória e as fases iniciais da cicatrização. Utilizar a sutura restante para fechar o tecido muscular, em seguida reposicionar o tecido cutâneo usando grampos cirúrgicos. Por fim, administrar um analgésico pós-operatório por meio de injeção subcutânea.

Inspecione os locais cirúrgicos em busca de sinais de infecção e monitore os animais diariamente. Exclua animais que não recuperem completamente a deambulação ou que apresentem fraturas femorais ao serem sacrificados. Após o sacrifício, remova o fêmur e limpe o osso dos tecidos moles ao redor. Armazene-o imediatamente em uma solução tampão contendo 15% de sacarose para manter a hidratação do tecido.

Em preparação para o teste mecânico, trace uma linha fina preta com marcador permanente no arco lateral para fins de identificação. Em seguida, corte o osso até a largura dos implantes utilizando uma fresa diamantada cilíndrica acoplada a um sistema de alta velocidade. Os corpos de prova finais consistem em dois arcos ósseos ligados a cada face do implante.

Utilize um aparelho de teste mecânico equipado com célula de carga para todos os testes e defina a velocidade de operação em 30 milímetros por minuto. Atribua um valor de teste de zero newton aos arcos que se soltarem durante a preparação ou o transporte até os corpos de prova. Primeiro, coloque o corpo de prova em um molde especial removível e estabilize-o posicionando a placa de estabilização no lado posterior do molde.

Em seguida, envolva o arco cortical com resina composta dental fluída e polimerize a resina por 60 segundos utilizando uma luz de polimerização de alta intensidade com arco de plasma de safira. Este design permite o isolamento de uma região de 0,5 milímetro de osso peri-implantar para testes consistentes. Após a polimerização, abra o molde e remova o bloco de espécime endurecido.

Em seguida, fixe uma réplica pré-fabricada do espécime-teste em uma morsa e centralize a unidade na base do Instron. Depois, prenda a amostra ao sistema colocando-a no fio da morsa, passando o fio de pesca de náilon de 10 libras através do implante e fixando as pontas soltas ao cabeçote móvel. Para manter a consistência, rotule e teste sempre primeiro o lado lateral. Em seguida, afaste o cabeçote da amostra a 30 milímetros por minuto, como antes, até a ruptura.

Uma vez que o osso se afaste da superfície do implante, repita este processo com o arco medial e, em seguida, examine as superfícies do implante usando um microscópio estereoscópico. São apresentadas aqui imagens de MEV das superfícies do implante submetidas a jateamento abrasivo, mostradas com e sem a adição de nanocristais de fosfato de cálcio. As superfícies nano modificadas parecem semelhantes às superfícies controle em 10.000 x, mas quando observadas em 100.000 x, a nano-topografia sobreposta criada pelos nanocristais de fosfato de cálcio torna-se bastante evidente.

Curvas representativas de deslocamento forçado são mostradas aqui. As linhas vermelhas representam as superfícies com complexidade microtopográfica, enquanto a linha preta representa implantes com nanocristais de fosfato de cálcio sobrepostos. A superfície com características topográficas submicrométricas de fosfato de cálcio apresentou forças de ruptura significativamente maiores do que aquela com microtopografia não modificada.

Ao analisar os planos de fratura após os testes mecânicos, 92% dos casos com o osso embutido em resina composta dental fluída fraturaram dentro da região do implante alvo. Ao tentar realizar este procedimento, é importante prestar atenção rigorosa ao acondicionar os corpos de prova devido ao seu tamanho e peso reduzidos. Eles são difíceis de posicionar com precisão, portanto, é necessário alinhar corretamente todos os componentes antes de aplicar a resina composta dental.

Após este procedimento, métodos avançados de imagem, como a imagem de elétrons retroespalhados em um microscópio eletrônico de varredura, podem ser realizados para responder perguntas adicionais sobre a interação entre o implante e o osso com uma ampliação significativamente maior.