Can bone tissue engineering contribute to therapy concepts after resection of musculoskeletal sarcoma?

Resection of musculoskeletal sarcoma can result in large bone defects where regeneration is needed in a quantity far beyond the normal potential of self-healing. In many cases, these defects exhibit a limited intrinsic regenerative potential due to an adjuvant therapeutic regimen, seroma, or infection. Therefore, reconstruction of these defects is still one of the most demanding procedures in orthopaedic surgery. The constraints of common treatment strategies have triggered a need for new therapeutic concepts to design and engineer unparalleled structural and functioning bone grafts. To satisfy the need for long-term repair and good clinical outcome, a paradigm shift is needed from methods to replace tissues with inert medical devices to more biological approaches that focus on the repair and reconstruction of tissue structure and function. It is within this context that the field of bone tissue engineering can offer solutions to be implemented into surgical therapy concepts after resection of bone and soft tissue sarcoma. In this paper we will discuss the implementation of tissue engineering concepts into the clinical field of orthopaedic oncology.

Resinas para facetas estéticas de próteses fixas. III. Análise conjunta das variáveis alteração dimensional e alteração de peso em função de materiais, condição de armazenamento e tempos.

The authors analysed the simultaneous effects of the dimensional and weight alteration of resins utilized for esthetic facets submitted to warehousing conditions and periods of time. The resins showed different behaviour and a neat correlation between dimensional alteration and weight. The condition of immersion promoted dimensional alteration 50% lower and an alteration of weight three times higher.

Comparison between polyurethanes containing castor oil (Soft Segment) and cancellous bone autograft in the treatment of segmental bone defect induced in rabbits

The aim of this study is to compare polyurethanes containing castor oil (soft segment) in granular form compared to cancellous bone autograft applied to a segmental bone defect. Norfolk adult female rabbits - approximately 13 months of age with a mean body weight of 4.5 kg - are used. In both radial diaphyses, 1 cm osteoperiosteal segmental defects are created. The defect in the left radius is filled with the castor-oil-based polyurethane, and the right one, filled with cancellous bone autograft, collected from the left proximal humerus. The rabbits are euthanazed at 15, 30, 60, and 120 days postsurgery (5 animals/ period), for histological analyses. By radiographic analyses, at these time points, the bone regeneration is more evident and accelerated in the bone defects treated with the cancellous bone autograft. At 120 days postsurgery, the segmental bone defects treated with the cancellous bone autograft are totally reconstituted and remodeled, while the bone defects treated with polyurethane polymer have bone formation of 79%. Histological study shows that the polyurethane acts as a space filler, minimizing the local production of fibrous tissue. No granule degradation, resorption or any inflammatory reaction is detected. Thus, it is possible to conclude that the castor-oil-plant-based polyurethane - in the granule presentation - is biocompatible and osteointegrated, but does not show the same bone regeneration capacity as the cancellous bone autograft. © 2007 SAGE Publications.

Influence of cavity preparation and curing method on the marginal seal of resin composite restorations: an in vitro evaluation.

OBJECTIVE: To evaluate the influence of cavity design and photocuring method on the marginal seal of resin composite restorations. METHOD AND MATERIALS: Seventy-two bovine teeth were divided into 2 groups: group 1 received box-type cavity preparations, and group 2 received plate-type preparations. Each group was divided into 3 subgroups. After etching and bonding, Z250 resin composite (3M Espe) was applied in 2 equal increments and cured with 1 of 3 techniques: (1) conventional curing for 30 seconds at 650 mW/cm2; (2) 2-step photocuring, in which the first step was performed 14 mm from the restoration for 10 seconds at 180 mW/cm2 and the second step was performed in direct contact for 20 seconds at 650 mW/cm2; or (3) progressive curing using Jetlite 4000 (J. Morita) for 8 seconds at 125 mW/cm2 and then 22 seconds at 125 mW/cm2 up to 500 mW/cm2. The specimens were thermocycled for 500 cycles and then submitted to dye penetration with a 50% silver nitrate solution. Microleakage was assessed using a stereomicroscope. Data were analyzed using analysis of variance and Tukey test (5% level of significance). RESULTS: A statistically significant difference was found between groups when a double interaction between photocuring and cavity preparation was considered (P = .029). CONCLUSIONS: No one type of cavity preparation or photocuring method prevented micro-leakage. The plate-type preparation showed the worst dye penetration when conventional and progressive photocuring methods were used. The best results were found using the 2-step photocuring with the plate-type preparation.

In vitro evaluation of surface roughness of 4 resin composites after the toothbrushing process and methods to recover superficial smoothness.

OBJECTIVE: This study evaluated the efficiency of repolishing, sealing with surface sealant, and the joining of both in decreasing the surface roughness of resin-based composites after a toothbrushing process. METHOD AND MATERIALS: Ten specimens of each composite (Alert, Z100, Definite, and Prodigy Condensable), measuring 2 mm in thickness and 4 mm in diameter, were made and submitted to finishing and polishing processes on both sides of the specimens using the Sof-Lex system. The specimens were then subjected to toothbrushing (30,000 cycles), and surface roughness (Ra) was analyzed with a Surfcorder SE 1700 profilometer. The upper surface of each composite was etched with 37% phosphoric acid, and the surface-penetrating sealant Protect-it was applied on 1 surface. The roughness of these surfaces was again measured. On the other side, the surface of the specimen was repolished, and the efficiency of this procedure was measured using the profilometer. The surface roughness resulting from the joining of the 2 methods was verified by applying, in the final stage, the surface-penetrating sealant on the repolished surface. Data were analyzed with analysis of variance and Tukey test (P <.05). RESULTS: Results showed that the lowest surface roughness values were obtained for Definite, Z100, and Prodigy Condensable after the repolishing process and after the repolishing plus sealing. For Alert, the joining of repolishing plus sealing promoted the lowest values of surface roughness. CONCLUSION: Of the resin-based composites, Alert demonstrated the highest values of surface roughness in all the techniques tested.

Enamel remineralization by fluoride-releasing materials: Proposal of a pH-cycling model

This study proposes a pH-cycling model for verifying the dose-response relationship in fluoride-releasing materials on remineralization in vitro. Sixty bovine enamel blocks were selected for the surface microhardness test (SMH 1). Artificial caries lesions were induced and surface microhardness test (SMH 2) was performed. Forty-eight specimens were prepared with Z 100, Fluroshield, Vitremer and Vitremer 1/4 diluted - powder/liquid, and subjected to a pH-cycling model to promote remineralization. After pH-cycling, final surface microhardness (SMH 3) was assessed to calculate percent recovery of surface microhardness (%SMH R). Fluoride present in enamel (μg F/mm 3) and in the pH-cycling solutions (μg F) was measured. Cross-sectional microhardness was used to calculate mineral content (ΔZ). There was no significant difference between Z 100 and control groups on analysis performed on - %SMH R, ΔZ, μ F and μ F/mm 3 (p>0.05). Results showed a positive correlation between %SMH R and μg F/mm 3 (r=0.9770; p=0.004), %SMH R and μg F (r=0.9939; p=0.0000001), DZ and μg F/mm 3 (r=0.9853; p=0.0002), ΔZ and μg F (r=0.9975; p=0.0000001) and between μg F/mm 3 and μg F (r=0.9819; p=0.001). The pH-cycling model proposed was able to verify in vitro dose-response relationship of fluoride-releasing materials on remineralization.

Reduction of bacterial adhesion to biocompatible polymer surfaces via plasma processing

Plasma processing of the surfaces of biomaterials is interesting because it enables modification of the characteristics of a surface without affecting bulk properties. In addition, the results are strongly influenced by the conditions of the treatment. Therefore, by adjusting the plasma parameters it is possible to tailor the surface properties to best fulfill the requirements of a given application. In this work, polyurethane substrates have been subjected to sulfur hexafluoride glow discharge plasmas. The influences of different SF 6 plasma exposure times and pressures on the adhesion of Staphylococcus aureus and Pseudomonas aeruginosa to the polymer have been investigated. The wettability and surface free energy have been evaluated via contact angle measurements. At low pressure (6.7 Pa) the contact angle decreases with increasing exposure time in the 180 s to 540 s interval, but at higher pressure (13.3 Pa) it increases as a function of the same variable. Bacterial adhesion has been quantified from in vitro experiments by determining the growth of colonies on Petri dishes treated with agar nutrient. It has been observed that the surface properties play an important role in microbe adhesion. For instance, the density of adhered P. aeruginosa decreased as the surface contact angle increased. S. aureus preferred to adhere to hydrophobic surfaces. © 2011 by Begell House, Inc.

Degree of conversion of polymer-matrix composite assessed by FTIR analysis

Aims and objectives: The behavior of polymer-matrix composite is dependent on the degree of conversion. The aim of this study was to evaluate the degree of conversion of two resin cements following storage at 37°C immediately, 24 and 48 hours, and 7 days after light-curing by FTIR analysis. Materials and methods: The specimens were made in a metallic mold and cured with blue LED with power density of 500 mW/cm2 for 30 seconds. The specimens were pulverized, pressed with KBr and analyzed with FTIR following storage times. Statistical analysis used: ANOVA (two-way) and Tukey's post hoc. Results: To the polymer-matrix composites between 24 and 48 hours does not show a significant increase (p > 0.05), however, the highest values were found after 7 days. Conclusion: The polymer-matrix composites used in this study showed similarity on the degree of conversion and increased of according to the time of storage.

Effect of the number of screws on the stability of locking mandibular reconstruction plates

Atrophic mandible fractures are frequently a challenge to stabilize. This study evaluated, through mechanical testing in vitro, the number of locking screws that is sufficient to withstand loading when applied with a locking reconstruction plate in the fixation of atrophic mandible fractures. Polyurethane mandibles with a simulated linear fracture at the midline were used as substratum. Results show that resistance of the fixation is poor when one and two screws are used on each side of the fracture. Three screws on each side of the fracture significantly increases the resistance to displacement. However, no additional strength is added to the construct when more than three screws per side are used. © 2013 International Association of Oral and Maxillofacial Surgeons.

Nicht-wässrige Emulsionspolymerisationen

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Darstellung von Latexpartikeln in nicht-wässrigen Emulsionssystemen. Hintergrund der Untersuchungen war die Frage, ob es durch die Anwendung von nicht-wässrigen Emulsionen ermöglicht werden kann, sowohl wassersensitive Monomere als auch feuchtigkeitsempfindliche Polymerisationen zur Darstellung von Polymer-Latexpartikeln und deren Primärdispersionen einzusetzen. Das Basiskonzept der Arbeit bestand darin, nicht-wässrige Emulsionen auf der Basis zweier nicht mischbarer organischer Lösungsmittel unterschiedlicher Polarität auszubilden und anschließend die dispergierte Phase der Emulsion zur Synthese der Latexpartikel auszunutzen. Hierzu wurden verschiedene nicht-wässrige Emulsionssysteme erarbeitet, welche als dispergierte Phase ein polares und als kontinuierliche Phase ein unpolares Lösungsmittel enthielten. Auf Basis dieser Ergebnisse wurde in den nachfolgenden Untersuchungen zunächst die Anwendbarkeit solcher Emulsionen zur Darstellung verschiedener Acrylat- und Methacrylatpolymerdispersionen mittels radikalischer Polymerisation studiert. Um zu zeigen, dass die hier entwickelten nicht-wässrigen Emulsionen auch zur Durchführung von Stufenwachstumsreaktionen geeignet sind, wurden ebenfalls Polyester-, Polyamid- und Polyurethan-Latexpartikel dargestellt. Die Molekulargewichte der erhaltenen Polymere lagen bei bis zu 40 000 g/mol, im Vergleich zu wässrigen Emulsions- und Miniemulsions¬polymerisationssystemen sind diese um den Faktor fünf bis 30 höher. Es kann davon ausgegangen werden, dass hauptsächlich zwei Faktoren für die hohen Molekulargewichte verantwortlich sind: Zum einen die wasserfreien Bedingungen, welche die Hydrolyse der reaktiven Gruppen verhindern, und zum anderen die teilweise erfüllten Schotten-Baumann-Bedingungen, welche an der Grenzfläche zwischen dispergierter und kontinuierlicher Phase eine durch Diffusion kontrollierte ausgeglichene Stöchiometrie der Reaktionspartner gewährleisten. Somit ist es erstmals möglich, hochmolekulare Polyester, -amide und -urethane in nur einem Syntheseschritt als Primär¬dispersion darzustellen. Die Variabilität der nicht-wässrigen Emulsionen wurde zudem in weiteren Beispielen durch die Synthese von verschiedenen elektrisch leitfähigen Latices, wie z.B. Polyacetylen-Latexpartikeln, aufgezeigt. In dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass die entwickelten nicht-wässrigen Emulsionen eine äußerst breite Anwendbarkeit zur Darstellung von Polymer-Latexpartikeln aufweisen. Durch die wasserfreien Bedingungen erlauben die beschriebenen Emulsionsprozesse, Latexpartikel und entsprechende nicht-wässrige Dispersionen nicht nur traditionell radikalisch, sondern auch mittels weiterer Polymerisationsmechanismen (katalytisch, oxidativ oder mittels Polykondensation bzw. -addition) darzustellen.

Abbaubare Polymere und Kupfer-katalysierte Reaktionen in Miniemulsion zum Aufbau funktioneller Nanopartikel und –kapseln

Die vorliegende Dissertation zeigte die Anwendung von funktionellen Monomeren um Nanokapseln und Nanopartikeln, die mit der Miniemulsionstechnik hergestellt wurden, eine Vielzahl von Eigenschaften zu verleihen. Hierbei wurden zum einen die Vorteile der Miniemulsionstechnik genutzt, die vor allem eine sehr große Bandbreite von Methoden und Monomeren erlaubt. Zum anderen wurden durch das Design der Monomere neue Polymere mit speziellen Eigenschaften synthetisiert.rnEs wurden abbaubare Polymere synthetisiert, die für Freisetzungs- und Sensorapplikationen verwendet werden konnten. Hierzu wurde durch die Verwendung von Dioxepanen die einfache Synthese von abbaubaren Polyester- und Copolyester-Nanopartikeln ermöglicht. Es konnte weiterhin gezeigt werden, das diese Partikel einen hydrophoben Wirkstoff, Paclitaxel, in eine Zelle schleusen können und ihn dort freisetzen.rnDurch die Verwendung tertiärer Diole konnten funktionale Polyurethane hergestellt werden, die eine einzigartige Abbaubarkeit durch die Zugabe von Säuren oder durch thermische Behandlung aufwiesen. Diese bisher in der Literatur unbekannte Klasse von Polyurethanen kann als Sensormaterial und für Opferschichten verwendet werden. rnWeiterhin wurde die Strukturbildung von Hybridblockcopolymeren in Nanopartikeln und Nanokapseln untersucht. Es wurden hierzu neuartige, aminfunktionalisierte Azoinitiatoren hergestellt, die zu Polyurethan-Makroazoinitiatoren weiterreagiert wurden. rnim Folgenden wurden mittels kontrollierten radikalische Polymerisationstechniken Basis der tertiären Carbamate Polyurethan-ATRP-Makroinitiatoren hergestellt. Diese wurden sowohl in Lösung wie auch in inverser Miniemulsion dazu verwendet, Blockterpolymere herzustellen. Es wurden durch unterschiedliche Miniemulsionstechniken Nanopartikel und Nanokapseln hergestellt, die allesamt eine Mikrophasenseparation zeigten, wodurch Kern-Schale-Strukturen erhalten wurden. rnDie Huisgen-Zykloaddition von Aziden und terminalen Alkinen wurde dazu ausgenutzt, um durch die Verwendung von Dialkinen und Diaziden an der Grenzfläche von Topfen in inverser Miniemulsion eine Polymerisation durchzuführen. Es wurden sehr hohe Polymerisationsgrade bei sehr milden Temperaturen durch den Einsatz eines grenzflächenaktiven Kupferkatalysators erreicht. Die hergestellten Nanokapseln wurden Des Weiteren konnte durch die Herstellung eines neuartigen Dipropiolatesters ein System beschrieben werden, das eine Polymerisation mit Diaziden an der Grenzfläche bei Raumtemperatur eingeht. rnWeiterhin wurde die kupferkatalysierte 1,3-Dipolare Zykloaddition von terminalen Alkinen und Aziden (Clickreaktion) dazu ausgenutzt, um Nanokapseln an der Oberfläche zu funktionalisieren. Hierzu wurden Azid- und Alkin funktionalisierte Monomere verwendet, die in inverser Miniemulsion an der Grenzfläche polymerisiert wurden. Die kovalente Anbindung und der Umsatz der von Alkinfunktionen an der Oberfläche wurde mittels eines fluorogenen Click-Farbstoffes (9-Azidomethylen-Anthracen) untersucht und durch Messung der Fluoreszenzverstärkung konnte eine Aussage über die umgesetzten Alkinfunktionen getroffen werden. rnAzidfunktionen konnten mit einem neuartigen kupferfreien System adressiert werden. Hierbei wurde durch den Umsatz mit Acetylensäure eine sehr einfache Funktionalisierung der Polyurethan-Nanokapseloberfläche mit Carboxylgruppen bei Raumtemperatur ohne den Einsatz von Katalysatoren oder einer inerten Atmosphäre erreicht. Die erfolgreiche Anbindung konnte mit Partikelladungsmessungen sowie Bestimmung des Zetapotentials verifiziert werden.rn

Herstellung hydrophiler Polyurethanpartikel und anisotroper Polymerpartikel

Hydrophile Polyurethanpartikel wurden mittels in inversen Miniemulsionen durchgeführten Polyadditionsreaktionen hergestellt. Wie durch FT-IR-Spektroskopie gezeigt wurde, konnte durch die Abwesenheit von Wasser in dem verwendeten System die Entstehung von Harnstoffbindungen vermieden werden. Das Molekulargewicht der erhaltenen Polyurethane konnte durch verschiedene Parameter, wie zum Beispiel die Hydrophobizität der kontinuierlichen Phase oder die Zugabe von DMSO zur dispersen Phase, beeinflusst werden. Die höchsten Molekulargewichte (Mn von bis zu 19000 g•mol-1) wurden mit Isopar M als kontinuierlicher Phase erhalten. Der zweite Teil der Arbeit beschäftigt sich mit der Herstellung anisotroper Polystyrolpartikel über eine Film-Dehnungs-Methode. Polystyrol/Polyvinylalkohol-Filme wurden oberhalb der Glasübergangstemperatur von Polystyrol und Polyvinylalkohol (Matrix) uniaxial oder biaxial gedehnt, wodurch ellipsenförmige oder scheibenförmige Partikel entstanden. Es zeigte sich, dass die Redispergierbarkeit der verstreckten Partikel in Wasser stark von deren Oberflächenfunktionalisierung abhängig war. Die beste Redispergierbarkeit (46%) wurde für Sulfonat-funktionalisierte Partikel erhalten. Als eine alternative Methode zur Herstellung anisotroper Polymerpartikel wurde im letzten Teil der vorliegenden Arbeit Elektrospinnen eingesetzt. Es konnte gezeigt werden, dass es prinzipiell möglich ist, ellipsenförmige PS-Partikel zu erhalten, deren Aspektverhältnis durch die Höhe der angelegten Spannung und den Abstand zwischen Spitze und Kollektor beeinflusst wurde. Neben PS-Partikeln konnten auch PMMA-Kapseln über Elektrospinnen verstreckt werden. Mittels der Film-Dehnungs-Methode konnte jedoch eine größere Vielfalt an Aspektverhältnissen hergestellt werden. Ein weiterer Nachteil gegenüber der Film-Dehnungs-Methode ist die relativ breite Größenverteilung der verstreckten Partikel. Jedoch ist Elektrospinnen im Gegensatz zur Film-Dehnungs-Methode ein kontinuierlicher Prozess und könnte auch für die Herstellung anisotroper Partikel von Polymeren mit einer hohen Glasübergangstemperatur verwendet werden.

Non-aqueous dispersions of particles and their applications

In the current work, three studies about non-aqueous dispersions of particles were carried out by using an amphiphilic block copolymer poly(isoprene)-block-poly(methyl methacrylate) (PI-b-PMMA) as stabilizer:rn1. Dispersions of polyurethane and polyurea porous particles for polymer compositesrn2. Dispersions of PMMA and PU particles with PDI dye for study of Single Molecule Spectroscopy Detectionrn3. Dispersions of graphene nanosheets for polymer compositesrnrnIn the first study, highly porous polyurethane and polyurea particles were prepared in a non-aqueous emulsion. The preparation of porous particles consisted of two parts: At first, a system was developed where the emulsion had high stability for the polymerization among diisocyanate, diol and water. In the second part, porous particles were prepared by using two methods fission/fusion and combination by which highly porous particles were obtained. In this study, the applications of porous particles were also investigated where polyurethane particles were tested as filling material for polymer composites and as catalyst carrier for polyethylene polymerization. rnrnIn the second study, PMMA and PU particles from one non-aqueous emulsion were investigated via single molecule fluorescence detection. At first the particles were loaded with PDI dye, which were detected by fluorescence microscopy. The distribution and orientation of the PDI molecules in the particles were successfully observed by Single Molecule Fluorescence Detection. The molecules were homogenously distributed inside of the particles. In addition they had random orientation, meaning that no aggregations of dye molecules were formed. With the results, it could be supposed that the polymer chains were also homogenously distributed in the particles, and that the conformation was relatively flexible. rnrnIn the third part of the study, graphene nanosheets with high surface area were dispersed in an organic solvent with low boiling point and low toxicity, THF, stabilized with a block copolymer PI-b-PMMA. The dispersion was used to prepare polymer composites. It was shown that the modified graphene nanosheets had good compatibility with the PS and PMMA matrices. rn