Repair of segmental bone defects with fiber-reinforced composite: a study of material development and an animal model on rabbits

The Repair of segmental defects in load-bearing long bones is a challenging task because of the diversity of the load affecting the area; axial, bending, shearing and torsional forces all come together to test the stability/integrity of the bone. The natural biomechanical requirements for bone restorative materials include strength to withstand heavy loads, and adaptivity to conform into a biological environment without disturbing or damaging it. Fiber-reinforced composite (FRC) materials have shown promise, as metals and ceramics have been too rigid, and polymers alone are lacking in strength which is needed for restoration. The versatility of the fiber-reinforced composites also allows tailoring of the composite to meet the multitude of bone properties in the skeleton. The attachment and incorporation of a bone substitute to bone has been advanced by different surface modification methods. Most often this is achieved by the creation of surface texture, which allows bone growth, onto the substitute, creating a mechanical interlocking. Another method is to alter the chemical properties of the surface to create bonding with the bone – for example with a hydroxyapatite (HA) or a bioactive glass (BG) coating. A novel fiber-reinforced composite implant material with a porous surface was developed for bone substitution purposes in load-bearing applications. The material’s biomechanical properties were tailored with unidirectional fiber reinforcement to match the strength of cortical bone. To advance bone growth onto the material, an optimal surface porosity was created by a dissolution process, and an addition of bioactive glass to the material was explored. The effects of dissolution and orientation of the fiber reinforcement were also evaluated for bone-bonding purposes. The Biological response to the implant material was evaluated in a cell culture study to assure the safety of the materials combined. To test the material’s properties in a clinical setting, an animal model was used. A critical-size bone defect in a rabbit’s tibia was used to test the material in a load-bearing application, with short- and long-term follow-up, and a histological evaluation of the incorporation to the host bone. The biomechanical results of the study showed that the material is durable and the tailoring of the properties can be reproduced reliably. The Biological response - ex vivo - to the created surface structure favours the attachment and growth of bone cells, with the additional benefit of bioactive glass appearing on the surface. No toxic reactions to possible agents leaching from the material could be detected in the cell culture study when compared to a nontoxic control material. The mechanical interlocking was enhanced - as expected - with the porosity, whereas the reinforcing fibers protruding from the surface of the implant gave additional strength when tested in a bone-bonding model. Animal experiments verified that the material is capable of withstanding load-bearing conditions in prolonged use without breaking of the material or creating stress shielding effects to the host bone. A Histological examination verified the enhanced incorporation to host bone with an abundance of bone growth onto and over the material. This was achieved with minimal tissue reactions to a foreign body. An FRC implant with surface porosity displays potential in the field of reconstructive surgery, especially regarding large bone defects with high demands on strength and shape retention in load-bearing areas or flat bones such as facial / cranial bones. The benefits of modifying the strength of the material and adjusting the surface properties with fiber reinforcement and bone-bonding additives to meet the requirements of different bone qualities are still to be fully discovered.

Changes in motor behavior during pregnancy in rats: the basis for a possible animal model of restless legs syndrome

PURPOSE:Pregnant women have a 2-3 fold higher probability of developing restless legs syndrome (RLS – sleep-related movement disorders) than general population. This study aims to evaluate the behavior and locomotion of rats during pregnancy in order to verify if part of these animals exhibit some RLS-like features.METHODS:We used 14 female 80-day-old Wistar rats that weighed between 200 and 250 g. The rats were distributed into control (CTRL) and pregnant (PN) groups. After a baseline evaluation of their behavior and locomotor activity in an open-field environment, the PN group was inducted into pregnancy, and their behavior and locomotor activity were evaluated on days 3, 10 and 19 of pregnancy and in the post-lactation period in parallel with the CTRL group. The serum iron and transferrin levels in the CTRL and PN groups were analyzed in blood collected after euthanasia by decapitation.RESULTS:There were no significant differences in the total ambulation, grooming events, fecal boli or urine pools between the CTRL and PN groups. However, the PN group exhibited fewer rearing events, increased grooming time and reduced immobilization time than the CTRL group (ANOVA, p<0.05).CONCLUSION:These results suggest that pregnant rats show behavioral and locomotor alterations similar to those observed in animal models of RLS, demonstrating to be a possible animal model of this sleep disorder.

Infecção e enfermidade neurológica pelo herpesvírus bovino tipo 5 (BHV-5): coelhos como modelo experimental

Coelhos são susceptíveis à infecção pelo herpes-vírus bovino tipo 5 (BHV-5) e freqüentemente desenvolvem enfermidade neurológica aguda fatal após inoculação intranasal. A cinética da invasão do sistema nervoso central (SNC) de coelhos pelo BHV-5 foi estudada através de pesquisa de vírus em secções do SNC a diferentes intervalos pós-inoculação. Após inoculação intranasal, o vírus foi inicialmente detectado no bulbo olfatório às 48h, seguido do córtex olfatório às 48/72h. Às 72/96h o vírus foi detectado também no gânglio trigêmeo, ponte e córtex cerebral. Dois experimentos foram realizados para avaliar a importância do sistema olfatório na invasão do SNC de coelhos pelo BHV-5. No primeiro experimento, coelhos foram inoculados com duas amostras do BHV-5 no saco conjuntival. Coelhos inoculados por essa via também desenvolveram a enfermidade neurológica, porém com menor freqüência com curso clínico tardio. No segundo experimento, doze coelhos foram submetidos à ablação cirúrgica do bulbo olfatório e posteriormente inoculados com o BHV-5 pela via intranasal. Onze de 12 coelhos controle (91,6%), não submetidos à cirurgia, desenvolveram a doença neurológica, contra quatro de 12 (33,3%) dos animals submetidos à remoção cirúrgica do bulbo olfatório. Esses resultados demonstram que o sistema olfatório constitui-se na principal via de acesso do BHV-5 ao encéfalo de coelhos após inoculação intranasal. No entanto, o desenvolvimento de infecção neurológica em coelhos inoculados pela via conjuntival e em coelhos sem o bulbo olfatório indica que o BHV-5 pode utilizar outras vias para invadir o SNC, provavelmente as fibras sensoriais e autonômicas que compõe o nervo trigêmeo. Os efeitos da imunização com vírus homólogo (BHV-5) e heterólogo (BHV-1) na proteção à infecção neurológica foram investigados. Cinco entre 10 coelhos (50%) imunizados com o BHV-5 apresentaram sinais neurológicos discretos e transitórios e um morreu após o desafio com o BHV-5. Curiosamente, o grau de proteção foi superior nos coelhos imunizados com o BHV-1: apenas dois animais apresentaram sinais clínicos passageiros e recuperaram-se. Portanto, proteção da enfermidade neurológica pelo BHV-5 em coelhos pode ser obtida por imunização com o BHV-5 ou BHV-1, provavelmente devido à extensa reatividade sorológica cruzada entre esses vírus. Estudos adicionais em coelhos podem auxiliar no esclarecimento da patogênese e resposta imunológica a infecção pelo BHV-5.

Progressos na imunização contra Anaplasma marginale

Até o presente momento, as imunizações contra anaplasmose em rebanhos bovinos utilizam organismos vivos ou mortos. No entanto, esforços têm sido realizados nos últimos anos com o objetivo de desenvolver uma nova geração de vacinas. A membrana externa de Anaplasma marginale é capaz de induzir reposta imune protetora contra desafio homólogo e parcialmente protetora contra desafio heterólo-go. Nela foram identificadas seis proteínas principais de superfície (MSPs), as quais têm sido alvo de estudos para o desenvolvimento de imunógenos contra a anaplasmose. Destas proteínas, MSP1a e MSP2 têm demonstrado maior potencial como imunógenos, protegendo os animais contra desafio com isolados virulentos homólogos e heterólogos de A. marginale, apesar do polimorfismo de tamanho da primeira proteína e variabilidade do gene que codifica a segunda. Uma outra alternativa para a imunização contra A. marginale é o cultivo in vitro dessa riquétsia. Organismos inativados provenientes de cultivo em células IDE8 de Dermacentor variabilis foram testados como imunógeno. Os animais apresentaram uma significativa diferença na redução do volume globular após desafio e não apresentaram sinais clínicos de anaplasmose. Além da proteção conferida por este tipo de imunógeno, os organismos provenientes de cultura de células de carrapato são livres de células e patógenos de bovinos, o que é uma vantagem significativa quando comparado aos processos tradicionais de imunização.

Vibrio spp. isolados de mamíferos marinhos capturados na região litorânea do Sudeste ao Sul do Brasil

Avaliou-se a incidência de Vibrio spp. a partir de lesões superficiais em mamíferos marinhos encalhados ou capturados em redes de pesca nas regiões litorâneas do Sudeste (Rio de Janeiro) e Sul (RS) do Brasil. Foram coletadas 198 amostras, pelas instituições de pesquisa DEENSP, GEMARS e Ceclimar, as quais foram enviadas ao Labent/IOC/FIOCruz, onde foram submetidas ao enriquecimento em Água Peptonada Alcalina (APA) adicionada de 1% e 3% de NaCl e in-cubadas a 37ºC por 18-24 horas. Em seqüência foram semeadas em meio Agar Tiossulfato Citrato Bile Sacarose (TCBS) e as colônias suspeitas submetidas à caracterização bioquímica. Foram isoladas 108 cepas bacterianas, destacando-se Vibrio alginolyticus, V. parahaemolyticus, V. vulnificus e V. fluvialis como os principais patógenos isolados. Os resultados obtidos apontam para a necessidade de implementar atividades de vigilância e monitorização bacteriológica, particularmente de espécies selvagens, e reforçar os programas de proteção ambiental em casos de mamíferos marinhos ameaçados de extinção.

Neuropatogênese experimental da infecção pelo herpesvírus bovino tipo 5 em coelhos

Vários aspectos da biologia do herpesvírus bovino tipo 5 (BoHV-5) têm sido estudados em coelhos, que desenvolvem infecção aguda e doença neurológica após inoculação experimental. A infecção aguda é seguida pelo estabelecimento de infecção latente, que pode ser reativada natural ou artificialmente. Os primeiros experimentos nesta espécie estabeleceram um protocolo de inoculação e monitoramento da infecção, e caracterizaram os principais aspectos virológicos, clínicos e patológicos da infecção aguda. A patogenia da infecção aguda, desde a replicação viral nos sítios de inoculação, vias e cinética de transporte viral até o encéfalo, distribuição e replicação viral no sistema nervoso central (SNC), tropismo celular e tecidual, manifestações clínicas e patologia no SNC foram detalhadamente estudados nestes animais. Posteriormente, vários aspectos biológicos e moleculares da infecção latente também foram elucidados a partir de inoculações de coelhos. Os coelhos também têm sido utilizados para estudar o fenótipo (neuroinvasividade, neurovirulência) de isolados de campo e de cepas vacinais recombinantes, proteção por imunidade passiva, proteção vacinal, eficácia de drogas anti-virais e terapêuticas de suporte da infecção neurológica. Este modelo experimental também foi utilizado para o estudo da origem e distribuição dos estímulos elétricos produzidos durante as convulsões - uma característica da infecção neurológica pelo BoHV-5 -, e para testes de medicamentos anti-convulsivantes. Ressalvadas as diferenças que certamente existem entre bovinos - os hospedeiros naturais - e coelhos, as observações oriundas deste modelo experimental tem contribuído sobremaneira para o conhecimento da biologia do BoHV-5. O presente trabalho apresenta uma coletânea de resultados e observações, publicadas ou não pelo grupo, ao longo de mais de uma década, envolvendo inoculações de coelhos para estudar diversos aspectos da infecção pelo BoHV-5.

Animal infections by vaccinia-like viruses in the state of Rio de Janeiro: an expanding disease

In the present study we investigated the presence of infections by vaccinia-like viruses in dairy cattle from 12 counties in the state of Rio de Janeiro in the last 9 years. Clinical specimens were collected from adult animals with vesicular/pustular lesions mainly in the udder and teats, and from calves with lesions around the nose and mouth. A plaque reduction neutralization test (PRNT) was applied to search for antibodies to Orthopoxvirus; the vesicular/pustular fluids and scabs were examined by PCR, electron microscopy (EM) and by inoculation in VERO cells for virus isolation. Antibodies to Orthopoxvirus were detected in most cases. The PCR test indicated a high nucleotide homology among the isolates and the vaccinia viruses (VACV) used as controls. By EM, typical orthopoxvirus particles were observed in some specimens. The agents isolated in tissue culture were confirmed as vaccinia-like viruses by EM and PCR. The HA gene of the vaccinia-like Cantagalo/IOC virus isolated in our laboratory was sequenced and compared with other vaccinia-like isolates, showing high homology with the original Cantagalo strain, both strains isolated in 1999 from dairy cattle. Antibodies to Orthopoxvirus were detected in one wild rodent (genus Akodon sp.) collected in the northwestern region of the state, indicating the circulation of poxvirus in this area. Nonetheless, PCR applied to tissue samples collected from the wild rodents were negative. Vesicular/pustular lesions in people in close contact with animals have been also recorded. Thus, the vaccinia-like virus infections in cattle and humans in the state seem to be an expanding condition, resulting in economic losses to dairy herds and leading to transient incapacitating human disease. Therefore, a possible immunization of the dairy cattle in the state should be carefully evaluated.

Diversidade genotípica de rotavírus suínos no Estado de São Paulo

Rotavírus é uma das causas mais comuns de diarréia tanto em humanos quanto em diferentes espécies animais. Foi conduzido um estudo transversal a partir de 144 amostras fecais diarréicas colhidas de leitões, provenientes de 16 criações comerciais distribuídas por 10 municípios do Estado de São Paulo, Brasil, com o objetivo de se detectar a ocorrência de rotavírus e realizar sua caracterização molecular quanto seus genotipos G e P. Um total de 43 amostras (29,86%) foram positivas para rotavírus por Eletroforese em Gel de Poliacrilamida (PAGE) e ELISA, num esquema de triagem em paralelo. A caracterização mediante reações do tipo nested-multiplex RT-PCR demonstrou que, isoladamente, o genotipo P[6] foi o mais frequente, detectado em 25,58% das amostras, seguido pelo P[1] (11,63%) e P[7] (9,3%). Infecções concomitantes de genotipos P[6]+P[7] (9,3%), P[1]+P[6] (4,65%), P[1]+P[6]+P[7] (2,33%) foram também observadas. Analogamente, o genotipo G[5] foi detectado em 30,23% das amostras, seguido pelo G[10] (20,93%) e G[6] (4,65%) e G[5]+G[10] (18,6%). O genotipo G[5]P[6] foi o mais frequente (11,63%), porém outras combinações e amostras não tipificáveis também foram observadas. Considerando-se a diversidade de rotavírus suínos encontrada na população estudada, medidas profiláticas específicas devem levar em conta, para sua efetividade, o grau de proteção cruzada entre os genotipos presentes nas formulações vacinais e aqueles que realmente são circulantes numa região.

Micobacteriose por Mycobacterium marinum em "linguado" Paralichthys orbignyanus e em "barber goby" Elacatinus figaro: diagnóstico histopatológico e imuno-histoquímico

As micobacterioses afetam várias espécies de peixes, tanto comerciais como ornamentais. É uma enfermidade sistêmica com formação de granulomas, conhecida como micobacteriose de peixes. O desenvolvimento da aquicultura tem aumentado o número de casos com essa enfermidade que muitas vezes é de difícil diagnóstico. Neste trabalho apresentamos dois casos de micobacterioses em Paralichthys orbignyanus e Elacatinus figaro provenientes do Laboratório de Piscicultura Estuarina e Marinha da Universidade Federal do Rio Grande (FURG). As micobactérias de peixes possuem menos ácidos graxos que as de mamíferos, por isso foi utilizado o protocolo de coloração de Fite-Faraco, uma vez que o protocolo de coloração clássico de Ziehl Neelsen pode resultar em falsos negativos. Para determinar o tipo de micobactéria foi utilizada a imuno-histoquímica com a qual se pode diagnosticar a presença de Mycobacterium marinum. A enfermidade pode ser transmitida para o homem e com esse trabalho ressalta-se a necessidade de fazer o diagnóstico correto e implantar medidas de proteção para as pessoas que estão em contato com os peixes infectados.

Período de absorção intestinal de macromoléculas em cabritos recém-nascidos após a ingestão de colostro bovino

Após o nascimento, os cabritos são dependentes das imunoglobulinas colostrais devido às características placentárias que não permitem a passagem de macromoléculas da circulação materna. De acordo com a literatura, os cabritos possuem capacidade absortiva por até quatro dias. Muitos aspectos fisiológicos de outras espécies são aceitos e utilizados para caprinos, mas aqueles relacionados à transferência de imunidade passiva precisam de investigação. Os objetivos do presente estudo foram determinar o período de passagem de macromoléculas da mucosa intestinal para a circulação e a duração da proteção humoral transferida passivamente pela ingestão de colostro bovino e caprino. Sessenta cabritos recém-nascidos foram distribuídos em seis tratamentos: T 0 (n=25), ingestão natural de colostro caprino à vontade; T 1 (n=7), colostro bovino entre o nascimento e duas horas pós-parto; T 2 (n=7), ingestão de colostro bovino entre quatro e seis horas pós-nascimento; T 3 (n=7), leite nas primeiras oito horas e colostro bovino entre 10 e 12 horas pós-parto; T 4 (n=7), ingestão de leite até 18 horas e colostro bovino entre 22 e 24 horas pós-nascimento; T 5 (n=7), leite até 30 horas e ingestão de colostro bovino entre 34 e 36 horas pós-parto. Determinaram-se as concentrações séricas de proteína total (PT), gamaglobulina, imunoglobulina G (IgG) e a atividade sérica de gama glutamiltransferase (GGT). Ao nascimento, todos os neonatos tiveram valores mais baixos das variáveis, com aumento significativo da PT e gamaglobulina, após dois dias, nos grupos T 0, T 1 e T 2; a IgG e GGT aumentaram em todos os grupos. Os tratamentos T 3, T 4 e T 5 foram considerados como indutores de falha de transferência de imunidade passiva. A absorção de macromoléculas pelo trato intestinal dos cabritos ocorreu até 36 horas pós-parto, sendo mais efetiva até 12 horas. Os níveis de anticorpos persistiram até 75 dias após a ingestão de colostro bovino, porém, com concentrações inadequadas.

Spatialization of climate, physical and socioeconomic factors that affect the dairy goat production in Brazil and their impact on animal breeding decisions

Brazil has high climate, soil and environmental diversity, as well as distinct socioeconomic and political realities, what results in differences among the political administrative regions of the country. The objective of this study was to determine spatial distribution of the physical, climatic and socioeconomic aspects that best characterize the production of dairy goats in Brazil. Production indices of milk per goat, goat production, milk production, as well as temperature range, mean temperature, precipitation, normalized difference vegetation index, relative humidity, altitude, agricultural farms; farms with native pasture, farms with good quality pasture, farms with water resources, farms that receive technical guidance, family farming properties, non-familiar farms and the human development index were evaluated. The multivariate analyses were carried out to spatialize climatic, physical and socioeconomic variables and so differenciate the Brazilian States and Regions. The highest yields of milk and goat production were observed in the Northeast. The Southeast Region had the second highest production of milk, followed by the South, Midwest and North. Multivariate analysis revealed distinctions between clusters of political-administrative regions of Brazil. The climatic variables were most important to discriminate between regions of Brazil. Therefore, it is necessary to implement animal breeding programs to meet the needs of each region.