Autor(es):
Lopes, Poliana Pollizello 
Data: 2012
Identificador Persistente: http://hdl.handle.net/10773/8830
Origem: RIA - Repositório Institucional da Universidade de Aveiro
Assunto(s): Engenharia biomédica; Cimento ósseo; Cirurgia ortopédica
Descrição
O cimento ósseo acrílico é o único material utilizado para a fixação de próteses
em cirurgias ortopédicas, surgindo como uma alternativa às técnicas não
cimentadas. Cerca de um milhão de pacientes são anualmente tratados para a
substituição total da articulação do quadril e do joelho. Com a maior
expectativa de vida da população e o aumento do número de cirurgias
realizadas por ano espera-se que o uso do cimento ósseo aumente
substancialmente.
A fraca ligação do cimento ao osso é um problema comum que pode causar
perda asséptica da prótese. Assim, torna-se necessário investir no
desenvolvimento de cimentos ósseos alternativos que permitam promover
maior estabilidade e melhor desempenho do implante.
O principal objetivo desta tese foi desenvolver um cimento ósseo bioativo,
capaz de ligar-se ao osso, com propriedades melhoradas relativamente aos
sistemas convencionais. A preparação dos materiais foi realizada por dois
processos diferentes, a polimerização por via térmica e a polimerização por via
química.
Inicialmente, utilizando o processo térmico, foram desenvolvidos compósitos
de PMMA-co-EHA reforçados com vidro de sílica (CSi) e vidro de boro (CB) e
comparados em termos do seu comportamento in vitro em meio acelular e
celular. A formação de precipitados de fosfato de cálcio foi observada sobre a
superfície de todos os compósitos indicando que estes materiais são
potencialmente bioativos. Em relação à avaliação biológica o CSi demonstrou
um efeito indutor da proliferação das células. As células apresentaram uma
morfologia normal e alta taxa de crescimento quando comparadas com o
padrão de cultura. Por outro lado ocorreu inibição da proliferação celular para o
CB provavelmente devido à sua elevada taxa de degradação, levando a uma
elevada concentraçao de iões de B e de Mg no meio de cultura.
O efeito do vidro nos cimentos curados por via química, incorporando um
activador de baixa toxicidade, também foi avaliado. Os resultados sugerem
que as novas formulações podem diminuir o efeito exotérmico na cura do
cimento e melhorar as propriedades mecânicas (flexão e compressão). Outro
estudo conduzido neste trabalho explorou a possibilidade de incorporar
ibuprofeno (fármaco anti-inflamatório) no cimento, dando origem a um material
capaz de ser simultaneamente, bioativo e promotor da libertação controlada de
fármacos. Neste contexto foi evidenciado que o desempenho do cimento
desenvolvido pode contribuir para minimizar o processo inflamatório associado
a uma cirurgia ortopédica.
Finalmente, a fase sólida do cimento ósseo bioativo foi modificada por
diferentes polímeros biodegradáveis. A adição deste enchimento deu origem a
um cimento parcialmente biodegradável que pode permitir a formação de
poros e o crescimento ósseo para o interior do cimento, resultando numa
melhor fixação da prótese. Acrylic bone cement is the only material currently used for anchoring the
prosthesis in orthopaedic surgery, being an alternative to non-cemented
techniques. About one million patients worldwide are treated annually for total
replacement of hips and knee joints. With the longer life expectancy of the
population, and the increasing number of surgeries performed every year, the
use of acrylic bone cements is expected to rise substantially.
The non bone bonding capability of the cement is a common problem which
can cause aseptic loosening of the prosthesis. Thus, alternative cements must
be developed to provide higher stability and better performance of the implant.
The main objective of this thesis was to develop a bioactive bone cement, with
bone bonding capability, and better properties than the conventional cement.
Two different methods of preparation were used in this study, polymerization by
chemical route (self-cured) and polymerization by thermal route (heat cured).
Initially, through the thermal route, PMMA-co-EHA composites filled with a
silicate glass (CSi) and a borate glass (CB) were developed and compared in
terms of their in vitro behaviour, both in acellular and in cellular media. The
growth of spherical calcium phosphate aggregates was observed in acellular
medium on all composite surfaces indicating that these materials became
potentially bioactive. Considering the biological assessment, the CSi
demonstrated an inductive effect on the proliferation of cells. The cells showed
a normal morphology and high growth rate when compared to standard culture
plates. On the other hand, inhibition of cell proliferation occurred in the CB
probably due to its high degradation rate, leading to high B and Mg ionic
concentration in the cell culture medium.
The effect of glass in self cured cements, incorporating an activator of reduced
toxicity, was also assessed in this work. The results suggested that the new
formulations may lessen the exothermal effect on curing and improve the
mechanical properties (bending and compressive). Another study conducted in
this thesis explores the possibility of incorporating ibuprofen (anti-inflammatory
drug) into the cement, aiming the development of a composite that
simultaneously show bioactive behaviour and controlled drug release . It was
evidenced that, regarding the drug release, the performance of the developed
cements can contribute to blunt the inflammatory process associated to an
orthopedic surgery.
Finally the solid phase of the bioactive self-curing acrylic cements was modified
by different biodegradable polymers. The addition of the biodegradable fillers
made the cement partially degradable, which could allow the formation of pores
and the ingrowth of bone to the interior of the cement, resulting in a stronger
fixation of the prosthesis. Doutoramento em Engenharia Biomédica
