RESUMO Nos últimos anos as técnicas voltadas para modificação superficial dos materiais utilizados para implantes na substituição e/ou reconstituição óssea têm se aprimorado cada vez mais com o intuito de potencializar suas propriedades osteoindutivas e osteocondutoras, melhorando sua osteointegração. Neste trabalho, a superfície da liga Ti6Al4V foi modificada através do processo eletroquímico de anodização com o objetivo de alterar a morfologia de sua camada natural de dióxido de titânio (TiO2). Foram produzidos dois tipos de filmes distintos de TiO2, com características microporosas (MP) e nanoporosas (NP), a fim de serem avaliados morfologicamente e biologicamente. Os filmes MP foram obtidos a partir da anodização com eletrólito de H3PO4 (1,0 mol/L), aplicação de potencial de 174 V CC, durante 5 minutos; e os filmes NP foram produzidos a partir da anodização com eletrólito de C6H8O7 (0,1 mol/L) + NaF (0,5 %p/p), aplicação de potencial de 20 V CC, durante 90 minutos. A caracterização morfológica e química foi realizada por Microscopia Eletrônica de Varredura com Espectroscopia de Energia Dispersiva (MEV / EDS), Difração de Raios X (DRX) e Fluorescência de Raios X (FRX). Os MPs obtiveram diâmetro médio aproximado de 0,49 µm, distribuídos aleatoriamente sobre o substrato e os NPs alcançaram um valor médio de 73 nm em seu diâmetro, organizados como estruturas nanotubulares paralelas entre si. A camada de NP se mostrou mais rugosa que a MP. Ambos os filmes obtiveram características hidrofílicas na medição do ângulo de contato. Após o ensaio de SBF (Simulated Body Fluid), foram identificadas deposições de Ca e P sobre os dois filmes, podendo sinalizar formação de apatita na superfície. Os MPs e os NPs revelaram indícios de não serem citotóxicos ao final dos ensaios de difusão em ágar e macrodiluição com o teste resazurina; a adesão celular, avaliada com cepa bacteriana, se apresentou morfologicamente mais favorável sobre a superfície nanoporosa.

ABSTRACT In recent years, techniques aimed at superficial modification of materials used for implants in bone replacement and/or reconstitution have been increasingly improved in order to enhance their osteoinductive and osteoconductive properties, improving their osteointegration. In this work, the surface of the Ti6Al4V alloy was modified through the anodic oxidation electrochemical process in order to change the morphology of its natural layer of titanium dioxide (TiO2). Two different types of TiO2 films, with microporous (MP) and nanoporous (NP) characteristics, were produced in order to be evaluated morphologically and biologically. The MP films were obtained from anodizing with H3PO4 electrolyte (1.0 mol/L), applying 174 V DC potential, during 5 minutes; and the NP films were produced from anodizing with C6H8O7 electrolyte (0.1 mol/L) + NaF (0.5% w/w), applying 20 V DC potential, during 90 minutes. The morphological and chemical characterization was performed by Scanning Electron Microscopy with Energy Dispersive Spectroscopy (SEM / EDS), X Ray Diffraction (XRD) and X Ray Fluorescence (XRF). The MPs reached an approximately average diameter of 0.49 µm, randomly distributed on the substrate and the NPs got an average diameter of 73 nm, aligned like parallel nanotubular structures to each other. The NP layer showed to be rougher than the MP. Both films obtained hydrophilic characteristics when measuring the contact angle. After the Simulated Body Fluid (SBF) test, depositions of Ca and P on both films were identified, which may sign the apatite formation on the surface. The MPs and NPs showed evidence of not being cytotoxic through the agar diffusion and macrodilution assays with the resazurin test; the cell adhesion, evaluated with bacterial strain, was morphologically more favorable on the nanoporous surface.

RESUMO Nas últimas duas décadas intensificaram-se os estudos para desenvolvimento de novas terapêuticas para aplicações em doenças degenerativas do tecido ósseo, bem como formas menos invasivas de tratamentos de traumas de acidentes viários. Neste cenário, biocimentos de fosfato de cálcio (CFCs) de cura rápida para aplicações injetáveis e/ou moldáveis, permitem o uso através de técnicas cirúrgicas minimamente invasivas. Matrizes de CFCs têm atraído grande interesse para uso em ortopedia e odontologia como substitutos para partes danificadas do sistema osteocondral, permitindo sua utilização na reparação ou preenchimento ósseo. Neste trabalho foram processados CFCs constituídos por dois diferentes fosfatos de cálcio bifásicos (BCP), um com distribuição micrométrica e outro com distribuição nanométrica, fosfato de sódio e carboximetilcelulose, visando a utilização deste material em procedimentos cirúrgicos. As matérias primas foram caracterizadas físico-quimicamente por difração de raio X, microscopia eletrônica de varredura acoplada com espectroscopia de energia dispersiva de raios X. O tempo de pega do material foi avaliado pelo ensaio de Vicat e a resistência mecânica do CFC foi avaliada através dos ensaios de Flexão (resistência mecânica a tração) e Ultramicrodureza (módulo de elasticidade). As propriedades biológicas foram avaliadas através dos ensaios in vitro de degradação em solução Tris-HCL e citotoxicidade em cultura de bactérias e ensaio in vivo pelo método de HET-CAM. Os resultados mostraram um melhor desempenho do BCP nanométrico, tendo tempo de pega final baixo, 22 minutos, e resistência mecânica da ordem de 4 MPa, compatível com a expectativa esperada para osso esponjoso. Os ensaios biológicos confirmaram a resposta biológica satisfatória destes nanocompósitos. Isso demonstra que o material tem potencial para aplicação clínica em substituição ao cimento acrílico hoje largamente utilizado.

ABSTRACT Over the past two decades, the development of new therapies for applications in degenerative bone tissue diseases has intensified, as well as less invasive forms of road accident trauma treatment. In this scenario, fast setting time calcium phosphate bone cement (CFCs) for injectable and/or moldable applications allows for use through minimally invasive surgical techniques. CFC arrays have attracted great interest for use in orthopedics and dentistry as substitutes for damaged parts of the osteochondral system, allowing their use in bone repair or filling. In this work, CFCs consisting of two different biphasic calcium phosphates (BCP) were processed, one with micrometric distribution and the other with nanometric distribution, sodium phosphate and carboxymethylcellulose, aiming at the use of this material in surgical procedures. The raw materials were physically and chemically characterized by X-ray diffraction, scanning electron microscopy coupled with X-ray dispersive energy spectroscopy. The setting time of the material was evaluated by Vicat tests and the mechanical strength of the CFC was evaluated through the flexural tests (tensile strength), ultramicrohardness (modulus of elasticity). Biological properties were evaluated by in vitro Tris-HCL degradation assay, cytotoxicity assay by bacterial culture and in vivo assay by the HET-CAM method. The results showed a better performance of the nanometer CFC, having a low final setting time, 22 minutes, and mechanical strength of 4 MPa, compatible with the expected expectation for cancellous bone. Biological assays confirmed the satisfactory biological response of these nanocomposites. This demonstrates that the material has potential for clinical application in place of the widely used acrylic cement.