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Scientific Reports volumen 13, número de artículo: 9812 (2023) Citar este artículo Silicio Monocristalino
Este estudio comparativo se realizó para evaluar la reacción del tejido óseo intramedular de un cemento de ionómero de vidrio modificado con resina liberadora de iones con material restaurador de bioactividad declarada (resina bioactiva ACTIVA) versus agregado de trióxido mineral de alta plasticidad (MTA HP) y masilla biocerámica iRoot BP Plus.Se asignaron cincuenta y seis ratas Wistar macho adultas en 4 grupos iguales (14 ratas cada uno).Se realizó una cirugía intramedular bilateral de defectos óseos tibiales en ratas del grupo control I (GI) y se dejaron sin ningún tratamiento para ser consideradas controles (n = 28).Las ratas de los grupos II, III y IV fueron manipuladas como el grupo I excepto que los defectos del hueso tibial se rellenaron con ACTIVA, MTA HP e iRoot BP, respectivamente.En todos los grupos, las ratas fueron sacrificadas después de un mes y las muestras se procesaron para investigación histológica, examen SEM y análisis elemental EDX.Además, se realizó un sistema de puntuación histomorfométrico semicuantitativo para los siguientes parámetros;formación de hueso nuevo, respuesta inflamatoria, angiogénesis, tejido de granulación, osteoblastos y osteoclastos.El resultado del seguimiento clínico de este estudio reveló la recuperación de las ratas después de 4 días del procedimiento posquirúrgico.Se observó que los animales regresaron a sus actividades rutinarias, por ejemplo, caminar, arreglarse y comer.Las ratas mostraron una eficacia masticatoria normal sin pérdida de peso ni complicaciones postoperatorias.Histológicamente, las secciones del grupo de control mostraron trabéculas óseas nuevas, escasas y muy delgadas, de tipo tejido inmaduro, ubicadas principalmente en la parte periférica de los defectos óseos tibiales.Estos defectos exhibieron mayor cantidad de bandas gruesas de tejido de granulación típicamente organizado con orientación central y periférica.Mientras tanto, los defectos óseos del grupo ACTIVA mostraron un espacio vacío rodeado por trabéculas óseas tejidas inmaduras, gruesas y recién formadas.Además, los defectos óseos del grupo MTA HP se rellenaron parcialmente con gruesas trabéculas óseas recién formadas con amplios espacios de médula presentados en el centro y en la periferia con poca cantidad de tejido de granulación maduro en la parte central.La sección del grupo iRoot BP Plus exhibió una formación ósea tejida observable de estructuras trabeculares normales con espacios medulares estrechos presentados en el centro y en la periferia mostraron una menor cantidad de formación de tejido de granulación maduro/bien organizado.La prueba de Kruskal Wallis reveló diferencias significativas totales entre los grupos control, ACTIVA, MTAHP e iRoot BP Plus (p <0,05).Mientras tanto, la prueba U de Mann-Whitney mostró diferencias significativas entre los grupos control y ACTIVA, los grupos control y MTA HP, y los grupos control y iRoot BP Plus.Grupos ACTIVA y MTA HP, ACTIVA e iRoot BP Plus (p ˂ 0,05) sin diferencia significativa entre MTA HP e iRoot BP Plus (p > 0,05).El resultado del análisis elemental mostró que las lesiones de las muestras del grupo de control estaban llenas de hueso trabecular creado recientemente con espacios limitados en la médula.Las pruebas EDX (análisis de Ca y P) indicaron un menor grado de mineralización.Se expresaron cantidades más bajas de Ca y P en el análisis de mapeo en comparación con otros grupos de prueba.Los cementos a base de silicato de calcio inducen una mayor formación de hueso en comparación con una restauración de ionómero de vidrio modificado con resina liberadora de iones con bioactividad declarada.Además, las propiedades bioinductivas de los tres materiales probados probablemente sean las mismas.Importancia clínica: el composite de resina bioactiva se puede utilizar como empaste retrógrado.
Lingxiao Wang, Zhenhua Gao,… Zhaochen Shan
Dongseob Lee, Jungwon Lee,… Ki-Tae Koo
Rafael Coutinho Mello-Machado, Suelen Cristina Sartoretto, … Mônica Diuana Calasans-Maia
El empaste retrógrado está indicado para dientes que no pueden tratarse con tratamiento de conducto ortógrado de rutina y con antecedentes de fracaso de ECA ortógrados a largo plazo.Hoy en día se conocen varios rellenos retrógrados como el agregado de trióxido mineral (MTA), el óxido de zinc eugenol y la amalgama.El material ideal debe poseer ciertos criterios y, por lo tanto, seleccionar el material más eficaz es uno de los requisitos previos esenciales para obtener resultados exitosos del tratamiento1.Un llenado retrógrado adecuado debe presentar buena bioactividad y biocompatibilidad.Además, muestra las características de fraguado húmedo, fácil manipulación, adhesión al sustrato dental y radiopacidad2.
Una categoría recientemente introducida de materiales restauradores RMGI que liberan iones alterados ha mostrado resultados prometedores en el campo de la odontología restauradora3,4.El agregado de trióxido mineral es un biomaterial a base de silicato de calcio que se introdujo en 1993 y desde entonces ha sido ampliamente utilizado por los endodoncistas para el tratamiento de la perforación y apexificación de las raíces como material de obturación del extremo radicular5.Se ha informado que el MTA se considera el estándar de oro para el llenado retrógrado.Esto se atribuye a su alta biocompatibilidad, osteoinductividad, así como a excelentes propiedades químicas y físicas.Por el contrario, esta categoría de obturación retrógrada padecía ciertas limitaciones, por ejemplo, baja resistencia a la compresión, alta alcalinidad y tiempo de fraguado relativamente largo6.Para superar los inconvenientes del MTA, se han desarrollado cementos biocerámicos de silicato de calcio a base de agua como biomateriales totalmente sintetizados en laboratorio para aplicaciones de obturación y reparación de conductos radiculares, lo que requiere una mejora en su rendimiento clínico7.Estos materiales mostraron una potente actividad antibacteriana, capacidad de sellado y buena biocompatibilidad.Son cómodos de utilizar y se suministran como pasta lista para usar en forma de masilla blanca premezclada.La masilla biocerámica absorbe agua y humedad del entorno circundante e inicializa la hidratación del silicato bicálcico y tricálcico para precipitar la hidroxiapatita como producto final8,9.
Esta categoría de cementos bioactivos mostró un resultado prometedor durante el injerto de implantes ProRoot MTA recién mezclados en cavidades óseas mandibulares de cobayas, que indujeron una inflamación mínima con una respuesta de curación favorable10.Además, se ha informado que ProRoot MTA, cuando se incrustó en la sínfisis mandibular de cobayas, mostró una toxicidad decreciente con el tiempo con un excelente comportamiento biológico y biomineralizante11.Se pudo observar una respuesta inflamatoria crónica de leve a moderada con infiltración multinucleada y de linfocitos acompañada de formación de cápsula fibrosa delgada/calcificación distrófica un mes después de la implantación de MTA Angelus en alvéolos alveolares de ratas; sin embargo, esta respuesta inflamatoria se resolvió gradualmente en los tres siguientes meses12.Asimismo, en un modelo de fémur de rata, la implantación de ProRoot MTA mostró un mejor rendimiento biológico con una menor respuesta inflamatoria y una mayor formación ósea durante períodos de seguimiento más prolongados13.Además, en un modelo de fémur de conejo, ProRoot MTA y un cemento experimental de silicato dicálcico mostraron una buena incorporación al hueso circundante con una respuesta inflamatoria disminuida14.
Por lo tanto, el objetivo principal del presente estudio fue evaluar la reacción del tejido óseo intramedular a una restauración de ionómero de vidrio modificado con resina liberadora de iones con bioactividad declarada (ACTIVA, MA, Pulpdent, EE. UU.) versus MTA-HP (Angelus PR, Brasil). e iRoot BP Plus (BioCeramix Inc., Vancouver, BC, Canadá) como dos cementos a base de silicato de calcio de diferentes propiedades en un modelo de rata.Este estudio se realizó para probar la hipótesis nula de que no había diferencias significativas entre la restauración RMGI liberadora de iones y los 2 cementos a base de silicato de calcio probados en la reacción ósea intramedular y las estructuras elementales.Al realizar este estudio, se siguieron las pautas de Animal Research: Reporting In Vivo Experiments y ARRIVE Checklist (https://www.nc3rs.org.uk/arrive-guidelines).
Los materiales utilizados para el presente estudio se enumeran en la Tabla 1.
El tamaño de la muestra de este estudio con animales se determinó estadísticamente utilizando el software G* Power 3.1.9.2.La familia de pruebas fueron pruebas F y la prueba estadística fue ANOVA: efectos fijos, ómnibus, unidireccional.El tipo de análisis de potencia fue a priori: calcular el tamaño de muestra requerido, teniendo en cuenta α, potencia y tamaño del efecto.Los parámetros de entrada fueron una probabilidad de error (α) de 0,05, un tamaño del efecto (f) de 0,40, una potencia de 0,95 y el número de grupos fue 4. El tamaño de muestra estimado fue 112 (28 ratas/grupo) y como la cirugía los defectos se realizaron bilateralmente (14 ratas/grupo);por tanto, el tamaño de la muestra fue de 56 ratas.
Se obtuvieron cincuenta y seis ratas adultas, machos, libres de patógenos (Rattus Norvegicus Albinus, Wistar), que pesaban aproximadamente entre 180 y 200 g, del Centro de Investigación del Instituto de Farmacología Clínica y Básica de la Facultad de Medicina Xiang Ya de la Universidad Central Sur.Las ratas se seleccionaron y alojaron en jaulas estándar y se utilizaron de acuerdo con la guía para el cuidado y uso de animales de laboratorio y los procedimientos quirúrgicos se ajustaron a las pautas de ISO 10993-2 (Requisitos de bienestar animal) e ISO 10993-1 (Parte 6). : pruebas de efectos locales después de la implantación)15,16.Todos los pasos experimentales se realizaron después de obtener la aprobación del comité de ética de la Universidad Central Sur para experimentos con animales (No: 20180025).Las ratas se alojaron a una temperatura inferior a 22 °C y a una humedad relativa del 65 % al 70 %.Todas las ratas se mantuvieron en un ciclo de 12 h de luz y 12 h de oscuridad con una nutrición dietética normal.
Se utilizó el paquete de software Research Randomizer (https://www.randomizer.org/) para asignar aleatoriamente a las ratas en 4 grupos iguales (I, II, III y IV), 14 animales por cada grupo.Se realizó una cirugía intramedular bilateral de defectos óseos tibiales en ratas del grupo control I (GI) y se dejaron sin ningún tratamiento para ser consideradas controles (n = 28).Las ratas de los grupos II, III y IV fueron manipuladas como el grupo I, excepto que los defectos del hueso tibial se rellenaron con ACTIVA (Pulpdent, EE. UU.), MTA HP (Angelus High Plasticity, Londrina, PR Brasil) e iRoot BP Plus (Innovative BioCeramix Inc., Vancouver, BC, Canadá), respectivamente.
La anestesia se realizó mediante inyección intraperitoneal de clorhidrato de ketamina y clorhidrato de xilazina (3:1 respectivamente; 0,05 ml/100 g de peso).Bilateralmente, se cortó la pata peluda y el lugar de la operación se envolvió de forma estéril con clorhexidina al 0,12% y el antiséptico residual se eliminó con una gasa humedecida estéril.Se realizó una incisión longitudinal de un cm a lo largo del borde anteromedial de la tibia utilizando un bisturí número 11.La cara diafisaria medial de la tibia se expuso mediante disección roma utilizando una tijera roma para exponer un colgajo mucoperióstico completo con cuidado durante la división del músculo para evitar lesiones en la arteria tibial y su retorno venoso.Se realizó un defecto óseo circular de tamaño no crítico, de 2 mm de diámetro en todo el espesor cortical y que alcanza el espacio medular, utilizando una fresa quirúrgica redonda montada en una pieza de mano de alta velocidad con abundante irrigación de solución salina.Los defectos óseos se rellenaron manualmente con los materiales probados de acuerdo con las instrucciones de fabricación utilizando una espátula de plástico para el material restaurador liberador de iones RMGI (ACTIVA).Además, se utilizó una espátula de acero inoxidable para los cementos MTA HP e iRoot BP Plus, hasta que se produjo la extrusión hacia el espacio medular.Luego, se fotopolimerizó el material de restauración y se dejaron fraguar los cementos.Los defectos óseos en el grupo de control se dejaron curar espontáneamente sin relleno.Los músculos y la piel suprayacentes se suturaron con sutura reabsorbible del n.º 0/3.
Se administró antibiótico floxacilina de 1 g y analgésico trometamina ketolaco de 10 mg durante 4 días después de la cirugía con una dosis de 0,34 mg/kg.Después de la cirugía se realizó un control diario regular del estado físico y del curso de curación de las ratas.Postoperatoriamente, después de un mes, cada rata fue sacrificada mediante la administración de una sobredosis anestésica con clorhidrato de ketamina y clorhidrato de xilazina (1:1 respectivamente; 0,15 mL/100 g de peso; I/P) de acuerdo con las normas ISO 10993-1 para tratamientos prolongados. contacto permanente a largo plazo de dispositivos de implante para tejido óseo.Las áreas de interés, incluidos los defectos óseos, se recuperaron quirúrgicamente y se prepararon para la investigación histológica de rutina, el examen SEM y el análisis elemental EDX.Todos los procedimientos quirúrgicos fueron realizados por el autor AA y la colocación de los empastes fue ciega en todos los grupos de restauración, excepto en el RMGI liberador de iones (que tiene un sistema de administración único).
Los huesos de las tibias (n = 14/grupo) se fijaron en paraformaldehído al 4%, se descalcificaron en EDTA al 10% (pH 7,4) y se seccionaron longitudinalmente en el área de cada defecto óseo.Los tejidos descalcificados se procesaron en un procesador de tejidos utilizando concentraciones ascendentes de etanol, se incluyeron en parafina y se seccionaron con un espesor de 5 µm.Después de la desparafinación en xileno y la rehidratación en etanol graduado, se realizaron tinciones con hematoxilina y eosina (H&E) y tricrómico de Masson según la técnica de Suvarna et al.17.Los portaobjetos se fotografiaron utilizando un microscopio Leica (Leica Microsystems GmbH, Wetzlar, Alemania) adaptado con una cámara DFC420 con un aumento de × 10 para observar la cantidad de formación de hueso nuevo, la respuesta de las células inflamatorias, el proceso angiogénico, la formación de tejido de granulación y luego con un aumento de × 40. estimar semicuantitativamente el número de células de osteoblastos y osteoclastos.El sistema de puntuación histológica se realizó según los criterios descritos por Abid et al.18, con ligeras modificaciones (Tabla 2). La evaluación histológica fue realizada de forma ciega por 2 autores, MG y WA.La confiabilidad inter e intraexaminador se verificó mediante la prueba Kappa con un porcentaje de concordancia promedio del 90%.
Las muestras recuperadas (n = 14/grupo) se fijaron en una solución que contenía glutaraldehído al 2,5 % y paraformaldehído al 2 % y luego se almacenaron durante 24 h durante la noche a 4 °C.Las muestras se cortaron con precisión en secciones delgadas utilizando ISOMET 4000, cruzando el área de operación y pasando a través del material, para exponer la interfaz con el hueso circundante para el análisis micromorfológico de la superficie.Luego, los discos preparados se lavaron tres veces durante 15 minutos con solución salina tamponada con fosfato (pH 7,4) y se fijaron nuevamente en una solución de tetraóxido de osmio tampón de fosfato de sodio al 1% durante 90 minutos.Las superficies de las muestras expuestas se sometieron a pulido húmedo utilizando papel SiC de grano 600, 800, 1200, 1600, 1800 y 2000, y se limpiaron con un limpiador ultrasónico que contenía agua desionizada durante 30 s.Finalmente, las muestras se sometieron a una deshidratación graduada con etanol.Las muestras se secaron y se recubrieron con oro (SPI Sputter Coater, EE. UU.).El examen de los discos procesados se realiza utilizando el microscopio electrónico de barrido JEOL JSM 6510LV (Tokio, Japón).
El análisis de rayos X de dispersión de energía (EDX) para la determinación microquímica elemental se realizó aleatoriamente para todas las muestras con el mismo aumento para las mismas áreas con un área escaneada aproximadamente fija para evaluar el contenido relativo del elemento.El peso del microanálisis EDX se realizó en la interfaz del material óseo en un marco seleccionado para analizar áreas enteras y los elementos se calcularon a partir de los datos para evaluar el grado de mineralización del hueso recién formado.Se realizó un mapeo de elementos EDX en la misma área para detectar la distribución de elementos dentro del hueso maduro y recién formado y su presencia en los tejidos circundantes.El mapeo de elementos se realizó a través del material de interfaz ósea y se realizó para detectar la variación del contenido de Ca, P, Si, Ta, Na, K, Al, Ba, Zr, C y O desde el hueso maduro preexistente hacia el material implantado.
En general, la recuperación de las ratas se observó después de 4 días después de la cirugía, cuando regresaron a sus actividades rutinarias, como caminar, arreglarse y hábitos dietéticos habituales.Las ratas mostraron una eficacia masticatoria normal sin pérdida de peso ni complicaciones postoperatorias.Además, las imágenes estereomicroscópicas del hueso tibial de todos los grupos mostraron una curación aceptable en el grupo de control, un defecto relleno con material restaurador ACTIVA con mejor osteointegración con el hueso viejo y se notó una curación excelente en los grupos MTA HP e iRoot BP Plus. ya que mostraron una marcada desaparición de los defectos óseos y los límites de los espacios de la osteotomía revelaron una mejor osteointegración con el hueso viejo (Fig. 1).
S9 Imágenes tereomicroscópicas que muestran la curación de los defectos quirúrgicos del hueso tibial después de un mes.(A) Control, (B) ACTIVA, (C) MTA HP y (D) iRoot BP Plus.
El resultado de la prueba de normalidad de Kolmogorov-Smirnov mostró que los datos no siguieron la distribución normal y, en consecuencia, se realizó un análisis estadístico no paramétrico.La prueba de Kruskal Wallis reveló diferencias significativas totales entre los grupos control, ACTIVA, MTAHP e iRoot BP Plus (p <0,05).Mientras tanto, la prueba U de Mann-Whitney mostró diferencias significativas entre los grupos control y ACTIVA, los grupos control y MTA HP, y los grupos control y iRoot BP Plus.Grupos ACTIVA y MTA HP, ACTIVA e iRoot BP Plus (p < 0,05) sin diferencia significativa entre MTA HP e iRoot BP Plus (p > 0,05).
Las secciones del grupo de control mostraron trabéculas óseas nuevas, escasas y muy delgadas, de tipo tejido inmaduro, ubicadas principalmente en la parte periférica de los defectos del hueso tibial (n = 25) con una mayor cantidad de bandas gruesas de tejido de granulación típicamente organizado de haces de colágeno muy empaquetados. centralmente y en la periferia (n = 24).El tejido de granulación tuvo una respuesta celular inflamatoria moderada (n = 24) y una angiogénesis de brotación profunda (n = 24).La actividad osteoblástica se observó solo en la parte periférica del área del defecto (n = 20) y menos probable en la central (n = 8), mientras que la actividad osteoclástica estuvo completamente ausente en ambas áreas (Figs. 2A y 3A, Tabla 3).Mientras tanto, los defectos óseos del grupo ACTIVA mostraron un espacio vacío que previamente estaba ocupado por el material de restauración con trabéculas óseas tejidas inmaduras, gruesas y recién formadas presentadas solo en el área marginal (n = 28).Los límites del área del defecto demostraron una respuesta celular inflamatoria leve (n = 28), angiogénesis de brote moderada (n = 23), ausencia de tejido de granulación (n = 26) con marcada actividad osteoblástica y osteoclástica (n = 26) (Fig. 2B). y 3B, Tabla 3).
Fotomicrografía de secciones descalcificadas teñidas con H&E que muestran la curación ósea de defectos tibiales después de un mes.(A) Los defectos óseos del grupo de control que contienen escasas trabéculas delgadas de hueso tejido (BT) con bandas gruesas de tejido de granulación típicamente organizado (GT).(B) Defectos óseos del grupo ACTIVA que muestran un espacio vacío (ES) que previamente estaba ocupado por el material de restauración y está rodeado por trabéculas óseas tejidas (BT) en la interfaz con el hueso medular.(C) Los defectos óseos del grupo MTA HP están parcialmente llenos de trabéculas óseas tejidas (BT) con amplios espacios medulares y una pequeña cantidad de tejido de granulación maduro (GT), caracterizados por una disminución de la angiogénesis y un aumento de la deposición de colágeno y del hueso. Los defectos están rodeados por trabéculas óseas tejidas (BT) en la interfaz con el hueso medular.(D) Defectos óseos del grupo iRoot BP Plus que muestran una marcada formación de tejido óseo de estructuras trabeculares normales (BT) con espacios medulares estrechos y una menor cantidad de formación de tejido de granulación (GT) maduro y bien organizado con un material residual (RM) mantenido en el tejido de granulación (GT) y los defectos óseos están rodeados por trabéculas óseas tejidas (BT) en la interfaz con el hueso medular, barra de escala = 100 µm.
Fotomicrografía de secciones descalcificadas teñidas con H&E que muestran la curación ósea del defecto tibial después de un mes.(A) La parte central de los defectos óseos de control que contienen bandas gruesas de tejido de granulación típicamente organizado (punta de flecha) y escasas trabéculas delgadas de hueso entretejido (asteriscos).(B) Defecto óseo del grupo ACTIVA que muestra trabéculas óseas tejidas en la interfaz con el hueso medular (punta de flecha) con proliferación de células osteoblásticas dentro de la matriz osteoide (asteriscos).(C) La parte central de los defectos óseos del grupo MTA-HP que muestra trabéculas óseas tejidas con espacios amplios en la médula (asteriscos) y una pequeña cantidad de tejido de granulación maduro (punta de flecha).(D) La parte central de los defectos óseos del grupo iRoot Plus muestra una marcada formación de tejido óseo de estructuras trabeculares normales con espacios medulares estrechos (asteriscos) y una menor cantidad de formación de tejido de granulación maduro y bien organizado (punta de flecha), barra de escala = 25 µm.
Los defectos óseos del grupo MTA HP se rellenaron parcialmente con trabéculas óseas tejidas gruesas y recién formadas con amplios espacios de médula presentados en el centro y en la periferia (n = 28) con poca cantidad de tejido de granulación maduro en la parte central (n = 21).El tejido de granulación se caracterizó por una respuesta celular inflamatoria leve (n = 24) y una angiogénesis de brotación moderada (n = 26).Se encontraron actividades osteoblásticas (n = 28) y osteoclásticas (n = 27) en las áreas central y periférica (Figs. 2C y 3C, Tabla 3).Mientras que los defectos óseos del grupo iRoot BP Plus mostraron una marcada formación de tejido óseo de estructuras trabeculares normales con espacios medulares estrechos presentados en el centro y en la periferia (n = 28) y una menor cantidad de formación de tejido de granulación maduro y bien organizado con un material residual mantenido. en el tejido de granulación.El tejido de granulación se caracterizó por una respuesta celular inflamatoria leve (n = 26) y una angiogénesis de brote moderada (n = 24).Se encontraron actividades osteoblásticas (n = 28) y osteoclásticas (n = 26) en las áreas central y periférica (Figs. 2D y 3D, Tabla 3).
Con respecto a los parámetros probados, la prueba de Kruskal Wallis reveló diferencias significativas totales entre los grupos control, ACTIVA, MTAHP e iRoot BP Plus (P = 0,000).Mientras tanto, la prueba U de Mann-Whitney mostró diferencias significativas entre los grupos control y ACTIVA, los grupos control y MTA HP, y los grupos control y iRoot BP Plus.Grupos ACTIVA y MTA HP, ACTIVA e iRoot BP Plus sin diferencia significativa entre MTA HP e iRoot BP Plus (Tabla 4).
El hueso se identifica por el canal vascular y las lagunas de osteocitos.Después de la exposición ácido-base, se observaron claramente lagunas de osteocitos osteoblásticos, red canalicular de lagunas de osteocitos y patrón laminar osteonal en la superficie del hueso trabecular.El hueso tejido recién formado ha crecido en estrecha aproximación a los biomateriales subyacentes.Parece menos homogéneamente mineralizado con la presencia de islas de hueso mineralizado no remodelados.Los límites entre las osteonas secundarias y el hueso intersticial y entre los paquetes trabeculares individuales están formados por líneas de cemento, que en comparación están relativamente hipermineralizadas y, por tanto, parecen más brillantes, formando la interfaz entre el hueso viejo y el hueso nuevo.La RMGI liberadora de iones (ACTIVA) mostró un contacto íntimo y signos de bioactividad con deposición incremental del hueso recién formado a lo largo de la interfaz.Las imágenes representativas mostraron también un contacto perfecto con ausencia de espacios entre el hueso recién formado y los residuos de MTA HP e iRoot BP plus (Fig. 4).
Análisis morfológico SEM de la interfaz materiales-hueso con un aumento de 500 × antes y después del desafío ácido-base.ACTIVA mostró signos de bioactividad con deposición incremental del hueso recién formado a lo largo de la interfaz.El contacto perfecto sin espacios del hueso recién formado con MTA HP e iRoot BP plus con integración de material.
Los resultados de EDX para la muestra de control que representa el hueso normal que se sabe que consta principalmente de dos compartimentos (materia orgánica) representados por colágeno y proteínas no colagenosas, lo que resulta en la presencia de líneas de carbono (kα) y oxígeno (kα) ubicadas originalmente. a 0,2774 y 0,525 keV respectivamente.
Las lesiones de las muestras del grupo de control se rellenaron con hueso trabecular creado recientemente con espacios limitados en la médula.Las pruebas EDX (análisis de Ca y P) indicaron un menor grado de mineralización.Se expresaron cantidades más bajas de Ca y P en el análisis de mapeo correspondientes a cantidades más altas de O y C con espacios de médula ósea más anchos (Fig. 5A-C).Las figuras 6, 7 y 8 representan los resultados del análisis EDX para los materiales ACTIVA, MTA HP e iRoot BP Plus, respectivamente.Esto indicó líneas nítidas asignadas a las principales composiciones mencionadas anteriormente y sus respectivas transiciones y energías.
(A) Mapeo de elementos EDX que muestra una mayor cantidad de C y O y una menor cantidad de Ca.(B) Análisis EDX de muestras de control que representan cantidades minerales en el hueso viejo hacia el sitio quirúrgico y el espacio medular (C) Micrografía SEM X150 de la muestra de control que muestra espacios amplios en la médula y un patrón de curación irregular.
(A) Mapeo de elementos EDX que muestra una menor cantidad de Ca y P, lo que indica una menor mineralización y mayores cantidades de Si de los constituyentes del material.(B) Análisis EDX de la muestra ACTIVA con los picos que representan las cantidades minerales en el hueso viejo hacia el sitio quirúrgico y el espacio medular y el hueso recién formado a través de la interfaz (C) Micrografía SEM X250 que muestra la curación de la muestra ACTIVA con evidencia de neoformación ósea y patrón de curación irregular.
(A) Mapeo de elementos EDX que muestra el dominio de Ca, Si y P, lo que indica una buena mineralización y la presencia de una distribución dispersa de Al de los constituyentes del material.(B) Análisis EDX de la muestra de MTA HP con los picos que representan las cantidades minerales en el hueso viejo hacia el sitio quirúrgico y el espacio medular y el hueso recién formado a través de la interfaz (C) Micrografía SEM X250 que muestra la curación de la muestra de MTA HP con espacios estrechos de la médula y formación de hueso nuevo.
(A) Mapeo de elementos EDX que muestra proporciones más altas de Ca, Si y P, lo que indica una mineralización más profunda y la presencia de una distribución dispersa de Ta de los constituyentes del material.(B) Análisis EDX de la muestra de iRoot BP plus con los picos que representan las cantidades minerales en el hueso antiguo hacia el sitio quirúrgico y el espacio medular (C) Micrografía SEM X250 que muestra la curación de la muestra de iRoot BP plus con formación de neoóseo con curación completa patte.
El segmento histológico observado por SEM mostró signos de bioactividad a lo largo de la interfaz material-hueso en el defecto quirúrgico con la formación de una capa de hueso recién formado cuando el RMGI liberador de iones (ACTIVA) se puso directamente en contacto con la muestra en su médula. lado (Fig. 6A–C).El análisis EDX y de mapeo del hueso recién formado en la interfaz material-hueso mostró una menor cantidad de Ca y P y mayores cantidades de C y O que representan los componentes orgánicos, lo que indica el menor grado de capacidad mineralizante de ACTIVA en comparación con iRoot BP plus y MTA-HP en términos de bioactividad.Curiosamente, se observó un notable aumento de cantidad de sílice en la interfaz entre el material y el lado medular interno, que puede estar representado como un constituyente del material.Sin embargo, fue evidente el depósito de un hueso recién formado.En la dirección desde el hueso viejo preexistente hacia el material hubo una caída repentina en los niveles de distribución de elementos inorgánicos Ca y P, lo que representa la disminución de la cantidad de mineralización del hueso recién formado en la interfaz.
El segmento histológico observado por SEM mostró el defecto quirúrgico completamente lleno del material y hueso recién creado que llenaba el espacio medular y mostró las propiedades osteoinductivas del MTA-HP estrictamente en contacto con la muestra en su lado medular.El análisis microquímico EDX muestra sus elementos constituyentes, es decir, Ca, Si, Mg, Al con residuos de Bi y una gran cantidad de P en las muestras (Fig. 7A-C).Ca y P revelaron un hueso trabecular preexistente.Ca, P, falta de Bi y rastros de Si provenientes del material fueron revelados por el hueso recién formado.En el hueso viejo preexistente, las proporciones de Ca y P eran notablemente mayores que en el hueso recién desarrollado, en particular en las trabéculas nuevas adyacentes al material (probablemente el hueso más nuevo).El análisis de la interfaz con gran aumento a 250 × mostró la interacción e integración completa de las trabéculas recién formadas con el material y la ausencia de espacios quedó bien demostrada.En los huesos recién formados no se encontró Bi ni Al, sino sólo en la interfaz.
El segmento histológico observado por SEM mostró el defecto quirúrgico completamente lleno con una integración completa entre el material y el hueso recién creado llenando todo el espacio medular y mostró las propiedades bioactivas superiores de iRoot BP plus directamente en contacto con la muestra en su lado medular (Fig. 8A -C).Sus elementos constitutivos, es decir, Ca, Si, Zr y trazas de Ta, fueron observados en la superficie del material mediante EDX.Los huesos trabeculares preexistentes mostraron mayor contenido de Ca y P, rastros de Si y falta de Na.En el hueso recién formado entremezclado con los residuos de material se mostraron mayores cantidades de Ca y P y menores cantidades de C y O, que representan los componentes orgánicos, lo que indica la mayor capacidad mineralizante de iRoot BP plus en comparación con MTA-HP, que se expresa mediante el mapeo. análisis.No hubo continuidad interrumpida a lo largo de la interfaz material-hueso con llenado total de los espacios de la médula con hueso trabecular recién formado intervenido por el residuo de material iRoot BP plus que es reemplazado por el hueso recién formado representado por la presencia de pequeñas cantidades de Ta.
En el estudio actual, los cementos de silicato de calcio utilizados para el relleno retrógrado endodóntico se probaron frente al material restaurador RMGI (ACTIVA) liberador de iones recientemente en un modelo de rata a través de una reacción del tejido óseo intramedular mediante el uso de análisis histológico H&E, análisis morfológico SEM y análisis elemental EDX para determinar su biofuncionalidad. y características osteoinductivas en un ensayo para imitar las condiciones orales.
La antigua percepción de biocompatibilidad estaba relacionada con la desaparición de reacciones tisulares adversas al material probado19,20.Sin embargo, no se encontró que algunos materiales indujeran ninguna interacción notable con los tejidos vivos del huésped21.Estas reacciones ayudan a mejorar la cicatrización de heridas y la formación de tejido de granulación.La descripción reciente de biocompatibilidad es la capacidad de los biomateriales dentales de provocar una reacción favorable y beneficiosa con los tejidos orales durante su uso clínico previsto16,22.
Se ha descubierto que las evaluaciones de biocompatibilidad producidas mediante ensayos de cultivos celulares no necesariamente coinciden con las pruebas de implantación de biocompatibilidad in vivo en animales23.Por lo tanto, el uso de modelos animales, como roedores y conejos, es una opción adecuada para probar las características biológicas, regenerativas y mineralizantes de nuevos materiales en procedimientos quirúrgicos menos invasivos y de tamaño no crítico24.
Los ingredientes del nuevo material restaurador compuesto de resina liberadora de iones contienen partículas de vidrio y una matriz de resina iónica hidrófila que facilita la difusión de iones de fluoruro, fosfato y calcio en el entorno circundante3,22,25.Se informó que se produjo una curación completa después de la colocación de resina retrógrada con una tasa de éxito del 97%26.El relleno retrógrado con composite mostró una curación completa en el 74% de los casos en correlación con el 59% de los casos tratados con amalgama19,22.Estos materiales mostraron un mayor grado de biocompatibilidad cuando se implantaron por vía subcutánea en comparación con los cementos a base de silicato de calcio, ya que disminuyen el grado de inflamación con una mejor potencialidad de curación16.
Una combinación de pruebas de laboratorio in vitro, ex vivo e in vivo es esencial para revelar las propiedades biológicas de la estructura y composición de los materiales implantados.Los modelos animales in vivo brindan percepciones iniciales sobre el estado fisiológico, la interacción biomecánica y la respuesta hormonal frente a materiales recientemente probados, comenzando con roedores y conejos como modelos pequeños y terminando con perros y cerdos como modelos grandes27.Los modelos animales de conejos y roedores son la fuente clave para estudiar el comportamiento biológico y el potencial regenerativo en estudios de implantes28.Son excelentes candidatos para modelar infecciones óseas y procedimientos quirúrgicos extraorales para probar el potencial osteoinductivo de materiales bioactivos alogénicos y xenogénicos22,28.
El resultado de este estudio mostró la capacidad osteoinductiva de MTA HP, iRoot BP y ACTIVA con biomineralización y formación de hueso nuevo alrededor de los materiales que llenaban el espacio medular de la tibia de rata.Además, no hubo inflamación con posterior necrosis del hueso cortical en contacto con los materiales.En el proceso de análisis se adoptaron SEM y EDX como métodos acreditados para la evaluación de la morfología de la superficie, el tipo y la cantidad de contenido mineral de la interfaz hueso-material29.
El análisis de muestras mostró una fuerte correlación entre el calcio y el fósforo (Ca/P), como la hidroxiapatita estequiométrica.Las zonas de mineralización y el mapeo interfacial del material óseo se marcaron mediante imágenes SEM y mapeo EDX;por lo tanto, la diferenciación entre el hueso viejo preexistente y el hueso recién formado y el hueso cortical y esponjoso se explica por las diferencias en los componentes minerales expresados por el análisis elemental EDX.
Las áreas de proceso de remodelación y hueso neoformado se expresan por la disminución de las proporciones de Ca y P en algunos segmentos trabeculares determinados, mientras que el aumento de la cantidad de Ca y P con la disminución de C, Si y O indica el perfil direccional desde la interfaz mineralizante. hacia el hueso viejo y maduro.
EDS, EDX, EDAX o EDXA, conocida simplemente como espectroscopia de rayos X de dispersión de energía, representa una herramienta directa y poderosa que permite a los científicos analizar e identificar la composición química de las muestras estudiadas dependiendo de la eyección de electrones del núcleo con radiación de rayos X de alta energía ( La Ley de Moseley) da una correlación directa entre la frecuencia de la radiación emitida y el número atómico del átomo30.
Los datos generados por el análisis EDX consisten en espectros que muestran picos correspondientes a los elementos que componen la verdadera composición de la muestra que se analiza.En hueso, la aplicación más frecuente de EDX es la medición del contenido de Ca y P en la matriz extracelular con el cálculo de la relación Ca/P.Se ha demostrado que las propiedades nanomecánicas locales se correlacionan con los niveles de Ca.La detección de Ca y P a lo largo de la interfaz hueso-biomaterial confirma la formación de hueso nuevo en contacto directo con la superficie del biomaterial.Se realizó un mapeo EDX porque este método de caracterización se considera un método preciso para detectar la distribución elemental entre la muestra de observación.
El examen histológico mostró que MTA HP, iRoot BP y ACTIVA implantaron nueva formación ósea mediada intramedular, diferenciación osteoblástica y proliferación angiogénica.Tanto los materiales MTA HP como iRoot BP mostraron una fuerte biocompatibilidad, ya que solo fue evidente un infiltrado inflamatorio leve o moderado bastante cerca de la interfaz.Mientras que ACTIVA mostró la menor capacidad de mineralización.Esto podría atribuirse a su alto contenido de resina, que contrarrestaba su supuesta bioactividad.
El estudio demostró la capacidad de un RMGI liberador de iones (ACTIVA) y cementos hidráulicos de silicato de calcio para formar una matriz osteoide con activación de osteoblastos y logrando una unión directa entre los materiales y la matriz ósea circundante.La formación de un entorno favorable mediante cementos de silicato de calcio para la diferenciación osteoblástica con la formación de hueso nuevo a través del intercambio interfacial de iones biológicos activos y su efecto sobre la actividad celular podría explicar la respuesta (biomineralizante) de los materiales probados.La bioactividad de un material está relacionada con su reactividad química con los tejidos vivos a través de reacciones de precipitación y intercambio iónico interfacial favorables31, y con la biomineralización por inducción de señalización extracelular osteogénica con cascadas de invocación de diferenciación celular en osteoblastos con matriz osteoide depositada en el sitio quirúrgico32 .
En estudios previos se demostró que los cementos de silicato de calcio tienen la capacidad de proporcionar un pH alcalino alto en el medio y liberar iones de calcio después de la formación de una capa rica en sílice hidratada33.Por lo tanto, se genera un ambiente favorable en la interfaz con suministro continuo de iones biológicamente activos a través de la superficie para la deposición de apatita34.Además, los iones de sílice Si como subproducto tienen un papel en la formación de hueso nuevo, ya que estimulan la angiogénesis mediante la elevación de la expresión genética, lo que es sinérgico con la diferenciación de osteoblastos y la síntesis y depósito de matriz extracelular35.
El mecanismo de fraguado de los cementos de silicato de calcio comienza después de la hidratación con agua durante el proceso de mezclado.Los subproductos de hidrato de silicato de calcio formados después de la mezcla tienen muchas fases, como informaron Gandolfi et al36.Estas etapas incluyen gel de CSH coloidal poroso y cristales aciculares radiales de CSH, cristales romboédricos de portlandita, cristales aciculares de etringita, que es un hidrato de tetrisulfato de alúmina hexacálcico, y monosulfoaluminato de calcio o monocarboaluminato de calcio.La humedad juega un papel importante en el inicio de la formación de apatita (bioactividad) y el proceso de nucleación de los iones de calcio en la superficie de las partículas de silicato de calcio hidratado; pasa por etapas definidas que comienzan con la rápida disolución de los iones de calcio después de que se forma la interfaz sólido-líquido en el cemento. partículas que forman portlandita.Mediante grabado alcalino se forma una capa de gel de silicato hidratado poroso, de grano fino/fibroso y desorganizado;que contiene grupos silanol Si-OH y cargas superficiales negativas que pueden actuar como sitios de nucleación para la formación de apatita.Los cristales de portlandita se nuclean dentro de la pasta húmeda hidratante debido a una fuerte salida continua de hidróxido de calcio de CSH que ocurre durante las primeras horas después de la mezcla.Depósito de fosfato de calcio y apatita en la superficie del cemento como resultado de la exposición a fluidos tisulares después de su colocación in vivo37.El hidróxido de calcio formado reacciona con el dióxido de carbono en los tejidos para formar nódulos calcificados que actuaron como núcleo de mineralización38.Además, Zamparini et al.39 revelaron que los materiales biocerámicos en pasta ya preparados que contenían pentóxido de tantalio como radiopacificador mostraban una mayor liberación de iones de calcio y silicato.
La naturaleza hidrofóbica del componente de resina en los materiales dentales que contienen silicato de calcio fotopolimerizable los hace menos solubles que el MTA.Los poros que se encuentran en la matriz de la resina permiten la penetración del agua con un flujo de adentro hacia afuera, por lo que podrían explicar su capacidad de liberar calcio a través de la solubilización de iones de calcio y hidrato de silicato de calcio y formación de portlandita40.Morrow et al.41 compararon la capacidad de liberación de calcio de ACTIVA, Dycal y TheraCal en un período de 7 días, los resultados mostraron que ACTIVA liberó una cantidad de 0,72 μg/mm2, que fue menor que la liberada por Dycal (4,88 μg/mm2) y TheraCal 9,12. µg/mm241.
En este contexto, se ha informado que se formaron partículas de hidroxiapatita en la superficie de ACTIVA después de 30 días de inmersión en solución salina tamponada con fosfato después de la utilización de SEM, PulseTor SDD (detector de deriva de silicio) y espectroscopía de rayos X de dispersión de energía (EDS). análisis42.También se ha demostrado que ACTIVA tiene la capacidad de formar etiquetas de resina integradas en los túbulos dentinarios con una relación Ca/P de 2,0 a 2,5 en toda la capa híbrida3,42.
De hecho, en el presente estudio ACTIVA mostró una respuesta biomineralizante prometedora, pero los cementos de silicato de calcio probados mostraron un mejor desempeño en biomineralización, actividad angiogénica con neovascularización y formación de capilares cerca de los materiales.Además, se incorporaron MTA HP e iRoot BP con el hueso circundante que muestra la intervención entre el hueso viejo y el recién formado sin reconocimiento de los materiales, sin mostrar tejido conectivo interpuesto, lagunas de resorción, respuesta inflamatoria, rechazo o necrosis en el hueso preexistente adyacente y en el lado medular. .No se observó actividad osteoclástica ni células gigantes multinucleadas en el análisis histológico, excepto unos pocos monocitos y linfocitos.Se puede suponer que el alto pH alcalino jugó un papel importante en la inactivación de los osteoclastos como se explica en estudios previos43,44, y un estudio previo demostró el alto pH alcalino de iRoot BP y MTA HP y el pH casi neutro para ACTIVA45.
A la luz de los resultados de este estudio, se rechazó la hipótesis nula.Una parte del trabajo de laboratorio del estudio se realizó durante la pandemia de Covid-19 y nuestro equipo de investigación enfrentó algunos retrasos y cambios respecto del plazo original debido al cierre del laboratorio de investigación.Además, en estudios futuros se recomiendan métodos radiográficos más avanzados (como Micro-CT).
Los cementos a base de silicato de calcio (MTA HP e iRoot BP Plus) y el material restaurador de ionómero de vidrio modificado con resina (ACTIVA) exhiben la capacidad de inducir la formación de hueso nuevo a través de la osteoinductividad.El material restaurador de ionómero de vidrio modificado con resina probado no induce encapsulación fibrosa ni ninguna reacción de tejido extraño con el contacto directo entre la capa superficial del material y la matriz ósea mineralizada.
Todos los conjuntos de datos generados o analizados durante este estudio se incluyen en este artículo publicado [y sus archivos de información complementaria].Con respecto al análisis cualitativo (micrografías histológicas y SEM), los autores ya incluyeron el resultado de especímenes representativos de cada grupo en las figuras y tablas del manuscrito, mientras que el conjunto completo de micrografías está disponible del autor correspondiente a pedido razonable.
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Los autores desean agradecer a las empresas Angelus (Londrina, PR, Brasil) y Pulpdent (Watertown, MA, EE. UU.) por la donación de los materiales utilizados en este estudio.
Financiamiento de acceso abierto proporcionado por la Autoridad de Financiamiento de Ciencia, Tecnología e Innovación (STDF) en cooperación con el Banco Egipcio de Conocimiento (EKB).
Departamento de Odontología Conservadora.Facultad de Medicina Bucal y Dental, Universidad Delta de Ciencia y Tecnología, Mansoura, Egipto
Departamento de Biología Oral, Facultad de Odontología, Universidad de Mansoura, Mansoura, Egipto
Departamento de Biología Oral, Facultad de Medicina Bucal y Dental, Universidad Delta de Ciencia y Tecnología, Mansoura, Egipto
Departamento de Patología, Facultad de Medicina Veterinaria, Universidad Kafr Elsheikh, Kafr El Sheikh, Egipto
Departamento de Espectroscopia, Instituto de Investigaciones Físicas, Centro Nacional de Investigaciones, Giza, Egipto
Departamento de Endodoncia.Escuela de Estomatología de Xiangya.Central, Universidad del Sur, Changsha, provincia de Hunan, China
Luo Junsi y Xie Xiaoli
Departamento de Odontología Conservadora, Facultad de Odontología, Universidad de Mansoura, Mansoura, 35516, Egipto
Facultad de Odontología, Universidad New-Mansoura, New-Mansoura, Egipto
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AAE realiza el trabajo de laboratorio y redacta el primer borrador.La concepción y el diseño del estudio fueron realizados por AAE, MG, XX y HHH Las pruebas fueron realizadas por AAE y LJ El análisis histológico fue interpretado por WA, MG y AMA El análisis estadístico fue realizado por MG y HHH El manuscrito fue escrito por AAE y revisado por MG y HHH Todos los autores leyeron y aprobaron el manuscrito final.
Los autores declaran no tener conflictos de intereses.
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ElReash, AA, Grawish, M., Abdo, W. et al.Reacción del tejido óseo intramedular de una restauración de ionómero de vidrio modificado con resina liberadora de iones versus dos cementos a base de silicato de calcio: un estudio en animales.Informe científico 13, 9812 (2023).https://doi.org/10.1038/s41598-023-36949-w
DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-023-36949-w
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Informes científicos (Representante científico) ISSN 2045-2322 (en línea)
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