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Authors
Abstract(s)
Periprosthetic joint infections are one of the leading challenges in the orthopedic field today. This specific type of infection surrounds bone’s prosthesis and the tissues adjacent to it, occurring mainly when a total joint arthroplasty is performed. When successful, this joint replacement provides pain relief and restores function and independence to the body, improving the patients’ quality of life. The full dynamic of these infections is still unclear, but as the number of joint arthroplasties keeps rising due to the aging population, so does the incidence of infections. The selection of materials to interact with hard tissues, such as bone, must possess two essential characteristics for the proper healing of the tissue surrounding the material, which are osteoconduction and osteoinduction. Osteoconduction is the ability of bone to grow on a surface, in this case, the material’s surface. Osteoinduction is the process of inducing new bone formation, also known as osteogenesis, by the mobilization of immature and undifferentiated cells, differentiating them into pre-osteoblasts. Currently, calcium phosphate ceramics, such as hydroxyapatite (HAp), are promising substitutes for large orthopedic defects’ remodeling and regeneration. This biomaterial presents osteoconductive and osteoinductive properties. However, pure HAp is a material that can be limited by its brittleness, low fracture toughness, bad tensile strength and poor wear resistance. A lot of effort has been put into modifying HAp with the use of polymers in order to enhance its clinical applications. The polymer used in this work was chitosan, which possesses an intrinsic antimicrobial nature, it is biodegradable and biocompatible, and it can be molded into all sorts of structures. This biocomposite was tested in L929 fibroblast cells in other to assess the toxicity of the material. Besides that, the paste was tested in a pre-osteoblastic cell line (MC3T3) by several techniques, to determine the differentiation, proliferation, and calcium production of the cells when in contact with the biocomposite. This work presents a new biocomposite that should have the appropriate characteristics, not only to promote faster regeneration of the bone defect, but also to reduce the incidence rate of periprosthetic joint infections, through the antimicrobial properties of chitosan.
Atualmente, as infeções articulares periprostéticas são um dos principais desafios no campo ortopédico. Este tipo específico de infeção que envolve a prótese óssea e os tecidos adjacentes ocorre principalmente após uma artroplastia total da articulação. Quando bem-sucedidas, estas substituições articulares proporcionam alívio da dor, restauram a função e a independência do corpo, melhorando assim a qualidade de vida do paciente. Ainda não é claro como estas infeções se estabelecem, no entanto como o número de artroplastias continua a aumentar, devido ao envelhecimento populacional, a incidência destas infeções também continua a aumentar. Na escolha dos materiais para interagir com tecidos duros como o osso, existem duas características inerentes a esses materiais que devem estar presentes, que são a osteocondução e a osteoindução. A osteocondução é a capacidade de o osso crescer numa superfície, neste caso, na superfície dos materiais, e a osteoindução é o processo que induz a formação de osso novo, também conhecido como osteogénese, mobilizando células imaturas e diferenciando-as em pré-osteoblastos. Atualmente, os cerâmicos de fosfato de cálcio, como a hidroxiapatite (HAp), são substitutos promissores para a remodelação e regeneração de defeitos ortopédicos. Este biomaterial apresenta osteoconductividade e osteoindutividade. No entanto, a HAp pura é um material que pode ser limitado pela sua fragilidade, baixa resistência a fraturas, à tração e ao desgaste. Tem sido feito um grande esforço para modificar HAp com polímeros, a fim de melhorar as suas aplicações clínicas. O polímero utilizado neste trabalho foi o quitosano, que possui propriedades antimicrobianas intrínsecas, é biodegradável e biocompatível e pode ser moldado em vários tipos de estruturas. Este biocompósito foi testado com a linha celular de fibroblastos L929, com o objetivo de inferir sobre a toxicidade do material. Para além disso, o biocompósito foi testada em células de uma linha pré-osteoblástica (MC3T3) através de várias técnicas, de forma a determinar a diferenciação, proliferação e produção de cálcio das células em contacto com o composito. Este trabalho apresenta um novo biocompósito que deve ter as características necessárias para, não só promover uma regeneração mais rápida de defeitos ósseos, mas também ser capaz de reduzir a taxa de incidência de infeções articulares periprotéticas, graças às propriedades antimicrobianas do quitosano.
Atualmente, as infeções articulares periprostéticas são um dos principais desafios no campo ortopédico. Este tipo específico de infeção que envolve a prótese óssea e os tecidos adjacentes ocorre principalmente após uma artroplastia total da articulação. Quando bem-sucedidas, estas substituições articulares proporcionam alívio da dor, restauram a função e a independência do corpo, melhorando assim a qualidade de vida do paciente. Ainda não é claro como estas infeções se estabelecem, no entanto como o número de artroplastias continua a aumentar, devido ao envelhecimento populacional, a incidência destas infeções também continua a aumentar. Na escolha dos materiais para interagir com tecidos duros como o osso, existem duas características inerentes a esses materiais que devem estar presentes, que são a osteocondução e a osteoindução. A osteocondução é a capacidade de o osso crescer numa superfície, neste caso, na superfície dos materiais, e a osteoindução é o processo que induz a formação de osso novo, também conhecido como osteogénese, mobilizando células imaturas e diferenciando-as em pré-osteoblastos. Atualmente, os cerâmicos de fosfato de cálcio, como a hidroxiapatite (HAp), são substitutos promissores para a remodelação e regeneração de defeitos ortopédicos. Este biomaterial apresenta osteoconductividade e osteoindutividade. No entanto, a HAp pura é um material que pode ser limitado pela sua fragilidade, baixa resistência a fraturas, à tração e ao desgaste. Tem sido feito um grande esforço para modificar HAp com polímeros, a fim de melhorar as suas aplicações clínicas. O polímero utilizado neste trabalho foi o quitosano, que possui propriedades antimicrobianas intrínsecas, é biodegradável e biocompatível e pode ser moldado em vários tipos de estruturas. Este biocompósito foi testado com a linha celular de fibroblastos L929, com o objetivo de inferir sobre a toxicidade do material. Para além disso, o biocompósito foi testada em células de uma linha pré-osteoblástica (MC3T3) através de várias técnicas, de forma a determinar a diferenciação, proliferação e produção de cálcio das células em contacto com o composito. Este trabalho apresenta um novo biocompósito que deve ter as características necessárias para, não só promover uma regeneração mais rápida de defeitos ósseos, mas também ser capaz de reduzir a taxa de incidência de infeções articulares periprotéticas, graças às propriedades antimicrobianas do quitosano.
Description
Keywords
Hydroxyapatite Chitosan Osteogenesis Bonregeneration Periprosthetic join infection Hidroxiapatite Quitosano Osteogénese Regeneração óssea Infeção periprostética articular