Modelo numérico mecanobiológico para a obtenção da matriz de rigidez estrutural e da densidade mineral na remodelagem óssea

Neste trabalho é proposto um modelo mecanobiológico de remodelagem óssea para a estimativa de variações, provocadas por perturbações mecânicas ou biológicas, na matriz de rigidez estrutural da escala macroscópica e na densidade mineral em uma região do osso. Na cooperação entre as áreas da saúde e da engenharia, como nos estudos estruturais de biomecânica no sistema esquelético, as propriedades mecânicas dos materiais devem ser conhecidas, entretanto os ossos possuem uma constituição material altamente complexa, dinâmica e variante entre indivíduos. Sua dinâmica decorre dos ciclos de absorção e deposição de matriz óssea na remodelagem óssea, a qual ocorre para manter a integridade estrutural do esqueleto e adaptá-lo aos estímulos do ambiente, sejam eles biológicos, químicos ou mecânicos. Como a remodelagem óssea pode provocar alterações no material do osso, espera-se que suas propriedades mecânicas também sejam alteradas. Na literatura científica há modelos matemáticos que preveem a variação da matriz de rigidez estrutural a partir do estímulo mecânico, porém somente os modelos mais recentes incluíram explicitamente processos biológicos e químicos da remodelagem óssea. A densidade mineral óssea é um importante parâmetro utilizado no diagnóstico de doenças ósseas na área médica. Desse modo, para a obtenção da variação da rigidez estrutural e da densidade mineral óssea, propõe-se um modelo numérico mecanobiológico composto por cinco submodelos: da dinâmica da população de células ósseas, da resposta das células ao estímulo mecânico, da porosidade óssea, da densidade mineral óssea e, baseado na Lei de Voigt para materiais compósitos, da rigidez estrutural. Os valores das constantes das equações dos submodelos foram obtidos de literatura. Para a solução das equações do modelo, propõe-se uma implementação numérica e computacional escrita em linguagem C. O método de Runge-Kutta-Dorman-Prince, cuja vantagem consiste no uso de um passo de solução variável, é utilizado no modelo para controlar o erro numérico do resultado do sistema de equações diferenciais. Foi realizada uma avaliação comparativa entre os resultados obtidos com o modelo proposto e os da literatura dos modelos de remodelagem óssea recentes. Conclui-se que o modelo e a implementação propostos são capazes de obter variações da matriz de rigidez estrutural macroscópica e da densidade mineral óssea decorrentes da perturbação nos parâmetros mecânicos ou biológicos do processo de remodelagem óssea.

Remodelamento da matriz extracelular da medula óssea em desnutrição protéica: possível relação da via de AKT com a expressão de fibronectina e metaloproteinases de matriz

A desnutrição proteica (DP) pode ocasionar alterações na matriz extracelular (MEC) de diferentes órgãos e tecidos, inclusive o hematopoético, com comprometimento funcional. Estudos do nosso laboratório demonstraram, em modelo murino de DP, aumento da expressão proteica de fibronectina (FN) no estroma medular ósseo in vivo, principalmente na região subendosteal (local de fixação da célula tronco progenitora hemopoética). Já in vitro, no estroma medular ósseo, observou-se tanto o aumento quanto a diminuição de FN e a presença de suas isoformas. Essas alterações de FN parecem estar envolvidas com a hipoplasia da medula óssea (MO) em camundongos desnutridos. As modificações quantitativas de FN podem ser devidas: (i) à ação das metaloproteinases de matriz (MMP) responsáveis pela degradação das proteínas da MEC; (ii) aos inibidores de metaloproteinases (TIMP) que regulam a degradação da MEC; (iii) às alterações transcricionais, reguladas pela via de AKT/mTOR, que controla os splicing alternativos na FN, resultando em isoformas dessa proteína; (iv) a processos pós-transcricionais modulados por LC3, que aumenta a tradução do RNAm de FN. Assim, o objetivo deste estudo foi elucidar os mecanismos que alteram o turnover de FN no estroma medular ósseo em modelo murino de DP. Utilizamos camundongos, C57BL/6J machos, adultos, separados em dois grupos: controle e desnutrido, alimentados, ad libitum, com ração contendo 12% e 2% de proteína, respectivamente. Após cinco semanas de indução à desnutrição os camundongos foram eutanasiados, e coletado o material biológico. Avaliamos: o estado nutricional, o hematológico, a histologia da MO femoral bem como a determinação imunohistoquímica da FN, MMP-2 e MMP-9, determinação da expressão de FN e suas isoformas em células totais da MO, o estabelecimento do estroma medular ósseo in vitro, por 28 e 35 dias de cultivo. A partir das culturas foram avaliadas a expressão de RNAm de FN e suas isoformas, MMP-2, MMP-9, TIMP-1, TIMP-2, AKT, mTOR e LC3α e β, quantificação de MMP-2, MMP-9, TIMP-1, TIMP-2,TNFα, TGFβ e IL-1β e determinação de LC3β e proteínas da via de AKT/mTOR. Não observamos alterações na expressão do RNAm de FN e suas isoformas ex vivo e in vitro, mas um aumento da deposição de FN na MO.Também não observamos modificações na imunolocalização de MMP-2 e MMP-9 na MO e na atividade dessas proteínas no sobrenadante de culturas de células estromais in vitro, mas houve aumento da expressão do RNAm de MMP-9 em 28 dias de cultivo. Não detectamos alterações na expressão de RNAm e na concentração de TIMP-1 e TIMP-2 no sobrenadante das culturas. Houve redução significativa de TNFα e TGFβ no sobrenadante das culturas de 28 dias. Observamos aumento da expressão do RNAm de mTOR em culturas de 28 dias e LC3α e LC3β em 35 dias de células estromais. Encontramos menor fosforilação de PI3K, AKT, PTEN, mTOR e mTOR total e aumento de LC3β em culturas de 28 dias, mas redução de LC3β em 35 dias. Em função dos dados inferimos que a DP conduz a alterações da FN que não estão relacionadas à ação de MMPs e TIMPs e sim a modificações de LC3β e da via de AKT/mTOR.

Efeitos da remoção do disco e cartilagem articular no crescimento e microarquitetura óssea da mandíbula de ratos: análise por microtomografia

Alterações na articulação emporomandibular (ATM) comumente geram desequilíbrios musculares que estão associados à alterações no tecido ósseo. Esta articulação pode sofrer a influência de traumas, fatores congênitos ou desordens de crescimento. Estudos sobre alterações de crescimento do complexo maxilomandibular decorrentes de problemas da ATM são escassos. O objetivo deste trabalho foi avaliar por meio da microtomografia os efeitos da remoção do disco articular e a remoção conjugada do disco e cartilagem articular no crescimento e na microarquitetura óssea da mandíbula de ratos. Trinta ratos da raça Wistar com um mês de idade foram divididos em três grupos: CTR (controle operado); RD (remoção de disco articular) e RDC (remoção conjugada do disco e cartilagem articular). Apenas o lado direito foi operado; o lado esquerdo permaneceu intacto. Após dois meses de acompanhamento, os ratos foram sacrificados e as hemimandíbulas escaneadas em microtomógrafo A remoção do disco articular e a remoção conjugada do disco e cartilagem articular alteram o volume e microestrutura do osso trabecular da mandíbula de ratos jovens. Estas duas intervenções provocaram uma queda na qualidade de parâmetros da microestrutura do trabeculado do processo angular e diminuição do crescimento da hemimandíbula do lado operado.

Análise da correlação entre índices radiomorfométricos de densidade óssea, perfil de qualidade óssea em software de implante, quociente de estabilidade e torque de inserção em implantes

A qualidade óssea, bem como a estabilidade inicial dos implantes, está diretamente relacionada com o sucesso das reabilitações na implantodontia. O presente estudo teve como objetivo analisar a correlação entre índices radiomorfométricos de densidade óssea por meio de radiografias panorâmicas, perfil de qualidade óssea com o auxílio de Tomografia Computadorizada de Feixe Cônico (TCFC) com o uso do software de imagens OsiriX, Análise da Frequência de Ressonância (RFA) e Torque de Inserção do implante. Foram avaliados 160 implantes de 72 indivíduos, com média etária de 55,5 (±10,5) anos. Nas radiografias panorâmicas foram obtidos os índices IM, IPM e ICM, e nas tomografias computadorizadas de feixe cônico, os valores de pixels e a espessura da cortical da crista óssea alveolar, além da estabilidade primária por meio do torque de inserção e análise da frequência de ressonância. Os resultados foram analisados pelo coeficiente de correlação de Spearman, para p<= 0,01 foi obtido entre o torque de inserção e valores de pixels (0.330), o torque de inserção e a espessura da cortical da crista alveolar (0.339), o torque de inserção e o ISQ vestibulo-lingual (0.193), os valores de pixels e espessura da cortical da crista alveolar (0.377), as duas direções vestíbulo-lingual e mesio-distal do ISQ (0.674), o ISQ vestíbulo-lingual e a espessura da cortical da crista alveolar (0.270); os índices radiomorfométricos foram correlacionados entre eles e para p<= 0,05 foi obtido entre torque de inserção e ISQ mesio-distal (0.131), entre o ISQ vestibulo-lingual e os valores de pixels (0.156) e ISQ mesio-distal e IPMI esquerdo (0.149) e ISQ mesio-distal e IPMS esquerdo (0.145). Existe correlação entre a TCFC, o torque de inserção e a RFA na avaliação da qualidade óssea. É possível utilizar, pré-cirurgicamente, os exames de TCFC para avaliar a qualidade e quantidade óssea, tendo em vista as correlações obtidas neste estudo.

É possível determinar a maturidade fisiológica das sementes de milho (Zea mays) utilizando o sal de tetrazólio?

Nessa pesquisa foi avaliada a utilização do sal de tetrazólio para determinar a maturidade fisiológica das sementes de milho. As sementes utilizadas foram dos híbridos Pioneer 4285 e Dow 2B587, semeadas em 03/10/2014 e 05/12/2014 respectivamente, e colhidas a partir dos 40 dias após o florescimento (DAF), com intervalos de 4 dias até os 68 DAF. As sementes colhidas foram avaliadas quanto à viabilidade e ao vigor (testes de germinação, de emergência da plântula, de condutividade elétrica, de envelhecimento acelerado e determinações do comprimento da plântula). Os parâmetros utilizados para determinar o ponto de maturidade fisiológica das sementes foram a camada preta, a linha de leite, a massa de matéria seca, o teor de água e a avaliação dos tecidos da semente utilizando o sal de tetrazólio, utilizando o método descrito para avaliar a viabilidade, complementado pela avaliação da atividade das células da chalaza e da zona de transferência do endosperma para o embrião. Para as sementes de milho dos dois híbridos a germinação foi superior a 95% e não houve diferença entre as épocas de colheita, somente nas últimas colheitas das sementes do híbrido Dow 2B587 houve redução da germinação e do vigor. O ponto de maturidade fisiológica (PM) foi identificado aos 56 DAF para as sementes de milho do híbrido P4285 e aos 48 DAF para as do híbrido Dow 2B587 e correspondeu ao estádio 4 da linha de leite e ao máximo de acúmulo da matéria seca. O máximo de vigor foi detectado por meio do resultado do teste de envelhecimento acelerado oito dias antes do (PM) para os dois híbridos. A atividade das células do endosperma está relacionada com os demais indicadores do PM (linha de leite, camada preta, massa de matéria seca e teor de água). O transporte de fotoassimilados da planta mãe para a semente cessa no ponto de maturidade fisiológica da semente, desativando o transporte no qual atuam as células da chalaza e da região basal do endosperma. A utilização do sal de tetrazólio possibilita identificar a morte das células da região basal do endosperma, uma vez que a partir desse momento não há mais a reação dessas células com o sal de tetrazólio, indicando que não têm atividade celular. Dessa forma, é possível caracterizar o ponto de maturidade fisiológica da semente de milho, por meio da atividade do sal de tetrazólio; essa caracterização é confirmada pela expressão das enzimas CAT e MDH.

Regeneração óssea com células estaminais da polpa dentária

Dissertação para obtenção do grau de Mestre no Instituto Superior de Ciências da Saúde Egas Moniz

Características dos materiais de regeneração óssea existentes em Portugal

Dissertação para obtenção do grau de Mestre no Instituto Superior de Ciências da Saúde Egas Moniz

ESTUDO RADIOGRÁFICO COMPARATIVO ENTRE OS MÉTODOS DE AVALIAÇÃO DA MATURAÇÃO ÓSSEA DAS VÉRTEBRAS CERVICAIS E MÃO E PUNHO EM INDIVÍDUOS COM SÍNDROME DE DOWN

Este estudo foi realizado com o propósito de testar a reprodutibilidade, a confiabilidade e a concordância existente entre os métodos de Martins e Sakima (1977) para a radiografia de mão e punho, e Hassel e Farman (1995) e Baccetti et al. (2002) para as vértebras cervicais, quando comparados 2 a 2, e entre todos, conjuntamente. A amostra constou de 72 radiografias, sendo 36 telerradiografias em norma lateral da cabeça e 36 radiografias de mão e punho do lado esquerdo, de 36 indivíduos com Síndrome de Down (SD), sendo 13 do sexo feminino e 23 do masculino na faixa etária entre oito anos e seis meses até 18 anos e sete meses, com média de 13 anos e dez meses. De acordo com os resultados obtidos concluímos que, os índices de maturação avaliados por meio das vértebras cervicais e os centros de ossificação observados nas radiografias de mão e punho foram estatisticamente significativos, obtendo um excelente grau de concordância entre eles, considerados reprodutíveis e confiáveis. Quando comparados onjuntamente, todos os métodos se mostraram estatisticamente significantes com grau de concordância de razoável a boa, sendo considerados confiáveis na aplicação clínica.

Efeito da geometria do implante dentário e do protocolo de fresagem óssea na estabilidade primária e na osseointegração inicial: estudo experimental em cães

CHAPTER 1 - This study histologically evaluated two implant designs: a classic thread design versus another specifically designed for healing chamber formation placed with two drilling protocols. Forty dental implants (4.1 mm diameter) with two different macrogeometries were inserted in the tibia of 10 Beagle dogs, and maximum insertion torque was recorded. Drilling techniques were: until 3.75 mm (regular-group); and until 4.0 mm diameter (overdrillinggroup) for both implant designs. At 2 and 4 weeks, samples were retrieved and processed for histomorphometric analysis. For torque and BIC (bone-to-implant contact) and BAFO (bone area fraction occupied), a general-linear model was employed including instrumentation technique and time in vivo as independent. The insertion torque recorded for each implant design and drilling group significantly decreased as a function of increasing drilling diameter for both implant designs (p<0.001). No significant differences were detected between implant designs for each drilling technique (p>0.18). A significant increase in BIC was observed from 2 to 4 weeks for both implants placed with the overdrilling technique (p<0.03) only, but not for those placed in the 3.75 mm drilling sites (p>0.32). Despite the differences between implant designs and drilling technique an intramembranous-like healing mode with newly formed woven bone prevailed. CHAPTER 2 - The objective of this preliminary histologic study was to determine whether the alteration of drilling protocols (oversized, intermediate, undersized drilling) present different biologic responses at early healing periods of 2 weeks in vivo in a beagle dog model. Ten beagle dogs were acquired and subjected to surgeries in the tibia 2 weeks before euthanasia. During surgery, 3 implants, 4 mm in diameter by 10 mm in length, were placed in bone sites drilled to 3.5 mm, 3.75 mm, and 4.0 mm in final diameter. The insertion and removal torque was recorded for all samples. Statistical significance was set to 95% level of confidence and the number of dogs was considered as the statistical unit for all comparisons. For the torque and BIC and BAFO, a general linear model was employed including instrumentation technique and time in vivo as independent. Overall, the insertion torque increased as a function of drilling diameter from 4.0 mm, to 3.75 mm, to 3.5 mm, with a significant difference in torque levels between all groups (p<0.001). Statistical assessment of BIC and BAFO showed significantly higher values for the 3.75 mm (recommended) drilling group was observed relative to the other two groups (p<0.001). Different drilling dimensions resulted in variations in insertion torque values (primary stability) and different pattern of healing and interfacial remodeling was observed for the different groups. CHAPTER 3 - The present study evaluated the effect of different drilling dimensions (undersized, regular, and oversized) in the insertion and removal torques of dental implants in a beagle dog model. Six beagle dogs were acquired and subjected to bilateral surgeries in the radii 1 and 3 weeks before euthanasia. During surgery, 3 implants, 4 mm in diameter by 10 mm in length, were placed in bone sites drilled to 3.2 mm, 3.5 mm, and 3.8 mm in final diameter. The insertion and removal torque was recorded for all samples. Statistical analysis was performed by paired t tests for repeated measures and by t tests assuming unequal variances (all at the 95% level of significance). Overall, the insertion torque and removal torque levels obtained were inversely proportional to the drilling dimension, with a significant difference detected between the 3.2 mm and 3.5 mm relative to the 3.8 mm groups (P < 0.03). Although insertion torque–removal torque paired observations was statis- tically maintained for the 3.5 mm and 3.8 mm groups, a significant decrease in removal torque values relative to insertion torque levels was observed for the 3.2 mm group. A different pattern of healing and interfacial remodeling was observed for the different groups. Different drilling dimensions resulted in variations in insertion torque values (primary stability) and stability maintenance over the first weeks of bone healing.

Avaliação comparativa da remodelação óssea periimplantar em implantes com junção cone-morse e hexágono externo: estudo clínico randomizado controlado, duplo cego, boca dividida

Background: Several theories, such as the biological width formation, the inflammatory reactions due to the implant-abutment microgap contamination, and the periimplant stress/strain concentration causing bone microdamage accumulation, have been suggested to explain early periimplant bone loss. However, it is yet not well understood to which extent the implant-abutment connection type may influence the remodeling process around dental implants. Aim: to evaluate clinical, bacteriological, and biomechanical parameters related to periimplant bone loss at the crestal region, comparing external hexagon (EH) and Morse-taper (MT) connections. Materials and methods: Twelve patients with totally edentulous mandibles received four custom made Ø 3.8 x 13 mm implants in the interforaminal region of the mandible, with the same design, but different prosthetic connections (two of them EH or MT, randomly placed based on a split-mouth design), and a immediate implant- supported prosthesis. Clinical parameters (periimplant probing pocket depth, modified gingival index and mucosal thickness) were evaluated at 6 sites around the implants, at a 12 month follow-up. The distance from the top of the implant to the first bone-to-implant contact – IT-FBIC was evaluated on standardized digital peri-apical radiographs acquired at 1, 3, 6 and 12 months follow-up. Samples of the subgingival microbiota were collected 1, 3 and 6 months after implant loading. DNA were extracted and used for the quantification of Tanerella forsythia, Porphyromonas gingivalis, Aggragatibacter actinomycetemcomitans, Prevotella intermedia and Fusobacterium nucleatum. Comparison among multiple periods of observation were performed using repeated-measures Analysis of Variance (ANOVA), followed by a Tukey post-hoc test, while two-period based comparisons were made using paired t- test. Further, 36 computer-tomographic based finite element (FE) models were accomplished, simulating each patient in 3 loading conditions. The results for the peak EQV strain in periimplant bone were interpreted by means of a general linear model (ANOVA). Results: The variation in periimplant bone loss assessed by means of radiographs was significantly different between the connection types (P<0.001). Mean IT-FBIC was 1.17±0.44 mm for EH, and 0.17±0.54 mm for MT, considering all evaluated time periods. All clinical parameters presented not significant differences. No significant microbiological differences could be observed between both connection types. Most of the collected samples had very few pathogens, meaning that these regions were healthy from a microbiological point of view. In FE analysis, a significantly higher peak of EQV strain (P=0.005) was found for EH (mean 3438.65 µ∑) compared to MT (mean 840.98 µ∑) connection. Conclusions: Varying implant-abutment connection type will result in diverse periimplant bone remodeling, regardless of clinical and microbiological conditions. This fact is more likely attributed to the singular loading transmission through different implant-abutment connections to the periimplant bone. The present findings suggest that Morse-taper connection is more efficient to prevent periimplant bone loss, compared to an external hexagon connection.

Avaliação do AAM - Active Appearance Model para detecção de regiões de interesse em radiografias carpais na estimativa da idade óssea através do método TW

In several areas of health professionals (pediatricians, nutritionists, orthopedists, endocrinologists, dentists, etc.) are used in the assessment of bone age to diagnose growth disorders in children. Through interviews with specialists in diagnostic imaging and research done in the literature, we identified the TW method - Tanner and Whitehouse as the most efficient. Even achieving better results than other methods, it is still not the most used, due to the complexity of their use. This work presents the possibility of automation of this method and therefore that its use more widespread. Also in this work, they are met two important steps in the evaluation of bone age, identification and classification of regions of interest. Even in the radiography in which the positioning of the hands were not suitable for TW method, the identification algorithm of the fingers showed good results. As the use AAM - Active Appearance Models showed good results in the identification of regions of interest even in radiographs with high contrast and brightness variation. It has been shown through appearance, good results in the classification of the epiphysis in their stages of development, being chosen the average epiphysis finger III (middle) to show the performance. The final results show an average percentage of 90% hit and misclassified, it was found that the error went away just one stage of the correct stage.