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Ciencia, docencia y tecnología

versión On-line ISSN 1851-1716

Cienc. docencia tecnol.  n.38 Concepción del Uruguay mayo 2009

 

CIENCIAS EXACTAS Y NATURALES: INVESTIGACIÓN

Regeneración ósea guiada con membranas PLA/PGA microfijadas en un modelo experimental*

Guided Bone Regeneration With Microfixed PLA/PGA Membranes in an Experimental Model*

Decco, Oscar A.**; Engelke, Wilfried ***; Barrirero, Jenifer**; Cura, Andrea C.**; Ruscio, Mara L. **

*) Artículo que expone algunos resultados del PID UNER Nº 6059, dirigido por el Odont. Oscar Decco, Laboratorio de Bioimplantes, Facultad de Ingeniería, Universidad Nacional de Entre Ríos (UNER), Oro Verde (Argentina); recibido en octubre de 2007, admitido en octubre 2008.
**)Laboratorio de Bioimplantes, Facultad de Ingeniería (Bioingeniería), UNER, Oro Verde (Argentina). odecco@bioimplantes.com.ar
***) Departamento Maxilofacial, Universidad Georg August, Göttingen (Alemania).

Resumen: Se estudió la Regeneración Ósea Guiada (ROG) en defectos óseos críticos realizados en tibia de conejo, mediante la utilización de membranas reabsorbibles de PLA/PGA microfijadas a través de microtornillos de Vitalio y microplates Luhr. Macroscópicamente, no se encontraron restos de membrana en ninguna muestra. En todas ellas se observó tejido óseo compacto tanto en la zona de la osteotomía como así en la región circundante y en contacto con el microtornillo. En aquellas osteotomías en las que se utilizaron membranas PGA/PLA sin microfijar, se distinguió una depresión del tejido. Microscópicamente se halló una buena organización ósea con evidentes conformaciones de osteonas y sistemas haversianos intersticiales. A los doce meses se produjo una reparaciónósea en todas las muestras, no observándose vestigios de membrana a nivel microscópico.

Palabras clave: Bioimplantes; ROG; Membranas; PLA/PGA; Microfijación

Abstract: Guided Bone Regeneration (GBR) was studied on critical sized bone defects in rabbit tibia, by using resorbable membranes of PLA/PGA microfixed through Vitallium microscrews and Luhr microplates. Macroscopically, no remains of membrane were found in any of the samples. In each sample, compact osseous tissue was observed at the osteotomy zone as in the regions nearby the microscrew and in contact with it. In those osteotomies in which PLA/PGA membranes were used without microfixation, a depression of the tissue was visualized. Microscopically, a good bone organization with noticeable osteons conformations and interstitial haversians systems was found. Twelve months after the surgery, bone regeneration was achieved in every sample, having no remains of the PLA/PGA membranes at the microscopic level.

Key words: GBR; Membranes; PLA/PGA; Microfixation.

I. Introducción

La técnica de Regeneración Ósea Guiada (ROG) se basa en el tratamiento de los defectos óseos mediante la colocación de membranas que actuarán como mecanismo de barreras, para favorecer la formación y preservación de un coágulo que ocupe el espacio del defecto a tratar y excluir la migración de tejido epitelial o conectivo. De esta forma se permite la diferenciación del coágulo en tejido óseo, resolviéndose la existencia del defecto original[1].
Dahlin et al. cit. en [1] establecen cinco condiciones que deben cumplirse para que se forme tejido óseo mediante la ROG:

A. Es necesaria la existencia de células osteogénicas en la vecindad del defecto.
B. Adecuada vascularización a partir de los canales de Volkmann y compartimentos medulares.
C. El área debe permanecer mecánicamente estable durante la reparación.
D. Entre membrana y el tejido óseo remanente debe crearse y mantenerse un espacio adecuado.
E. Las células del tejido conectivo o tejidos blandos deben ser excluidas del espacio creado por la barrera debiendo ser la estructura del biomaterial empleado capaz de cumplir este requisito.

Con el advenimiento de los biomateriales y técnicas de membrana, la restauración de la arquitectura y función del hueso son más predecibles. Estas membranas realizan una separación física, previniendo la invasión de tejido fibroso durante el período de cicatrización luego de la osteotomía[2].
Hardwick et al. cit. en [1] resumieron en cinco puntos las características que deben reunir las membranas utilizada para la RGO: ser biocompatibles, tener capacidad oclusiva para aislar el defecto óseo, proveer de espacio adecuado para que ocurra la regeneración ósea, ser capaces de integrarse o unirse a los tejidos circundantes, y ser clínicamente manejables. El mantenimiento del espacio es el más importante, lo que es determinante al momento de la elección del tipo de membrana, creando una fuente de controversia[3].
Las primeras membranas utilizadas para ROG fueron las de e-PTFE porosas semipermeables[4]. Debido a que estas membranas son no reabsorbibles, frecuentemente se exponen durante el proceso de formación ósea, observándose un alto riesgo de infección[5]. En una etapa posterior, estas membranas fueron desarrolladas en forma microporosa, favoreciendo a la ROG, aunque et al.[6] indican que esta permeabilidad de la membrana no es imprescindible en la generación de hueso nuevo. Estas fueron utilizadas conjuntamente con estructuras de Titanio, otorgándole una mayor flexibilidad y adaptación al defecto óseo. A pesar de que estas membranas cumplen adecuadamente su función, presentan la desventaja de la necesidad de realizar una segunda cirugía para su extracción.
En contraste con las ya mencionadas, las membranas reabsorbibles no requieren de una segunda cirugía. Las más utilizadas fueron las de colágeno, de las cuales se obtuvo buenos resultados, pero tienen la desventaja de sufrir una rápida degradación, limitando la utilización de las mismas.
La primera membrana reabsorbible aprobada por la FDA (Food and Drug Administration), fue la llamada Guidor, una barrera de matriz bioabsorbible compuesta por ácido poliláctico, el cual fue reblandecido con ácido cítrico para mejor maleabilidad y manejo clínico[2]. El ácido poliglicólico y el ácido poliláctico (PGA/PLA) son polímeros sintéticos que promueven la proliferación, adhesión, organización celular, homogeneidad del tejido neoformado, y favorecen el crecimiento del tejido gingival, pero se ha evidenciado que puede colapsar fácilmente sobre el defecto[7]. Las mismas probaron ser seguras, con una mínima respuesta inflamatoria. Estas membranas consisten en una lámina oclusiva con una matriz fibrosa orientada al azar localizada en cada superficie. Este arreglo de fibras mejora el crecimiento del tejido conectivo e inhibe la migración apical del epitelio. La matriz fibrosa es el componente estructural primario; otorga resistencia para mantener el espacio durante la primera etapa de la regeneración ósea[2]. La técnica de regeneración ósea guiada se basa en el tratamiento de los defectos óseos mediante la colocación de membranas que actuarán como mecanismos de barrera y siendo uno de los requisitos principales el mantenimiento de un espacio que será ocupado por el tejido neoformado; si bien podemos encontrar defectos que por su configuración dan soporte a la membrana evitando su colapso como son los defectos circunferenciales y los de tres paredes, en ocasiones es necesaria la utilización de técnicas adicionales para facilitar el mantenimiento del espacio, tales como la utilización de membranas no reabsorbibles con estructuras metálicas que impidan su colapso o la utilización de anclajes o tornillo para fijar las membranas a las corticales óseas remanentes manteniendo una configuración determinada[1].
Para el presente estudio, llevado a cabo en tibia de conejo, se propuso la utilización de membranas de PGA/PLA microfijadas a través de microplates Luhr y microtornillos de Vitalio. Los objetivos del trabajo fueron investigar el aspecto histológico de la ROG y, realizar una evaluación y comparación de la estabilidad mecánica lograda para soportar las presiones ejercidas por el tejido blando circundante.

II. Materiales y métodos

II.1. Materiales
Se utilizaron 7 conejos machos adultos de raza Neozelandesa (2,9 a 3,4Kg de peso), 10 microtornillos de Vitalio estériles (Ø1.0mm), membranas de PLA/PGA (superficie aproximada 2cm2; tamaño poros 2um), 2 microplacas de Vitalio estériles (10mm × 0.5mm), anestesia general (Ketamina intramuscular: 5ml/Kg de peso; Xilacina intramuscular: 0.5ml/Kg de peso) y local (1ml Carticaína), antiséptico (Yodo providone), suturas no reabsorbibles atraumáticas, micromotor y contra-ángulo quirúrgicos, fresas quirúrgicas, campos estériles e instrumental quirúrgico general.

II.2. Métodos
Se aplicó anestesia general y local. Se seleccionó el borde mesial de la metáfisis proximal y se expuso la superficie ósea mediante una incisión en la piel y disección subperiosteal. A dos especímenes se les efectuó, mediante fresa cilíndrica (1300RPM bajo irrigación salina intensiva), un defecto óseo crítico de 8 × 8mm [8] que luego volvió a colocarse en el sitio como relleno autógeno, para ser cubierta por una membrana de PLA/PGA. La membrana fue microfijada mediante 1 microplaca LUHR con 3 microtornillos (Fig. 1). Al segundo lote de dos conejos, si guiendo el mismo protocolo, se realizó la microfijación a través de microtornillos. A otro conjunto de dos conejos, siguiendo el mismo protocolo, se le generó un defecto óseo de 8 × 8mm, luego cubierto por membrana de PLA/PGA; sin fijación.


Fig. 1. Osteotomía con membrana y microplate

En el lote de control, de un conejo no se le realizó ninguna intervención. Se registraron los distintos pasos quirúrgicos mediante fotografías y video. Se realizaron placas radiográficas al finalizar la cirugía y cada tres meses luego de la misma. Durante el período de cautiverio, se observó diariamente el estado clínico de los animales durante la primera semana siguiente a la cirugía; luego de este período la frecuencia de observación fue semanal. Su evolución clínica resultó favorable y la recuperación fue en el tiempo previsto, sin observarse complicación alguna y con un estado de salud óptimo que brindó un entorno propicio para la evolución de la regeneración ósea en las áreas de interés. Pasados los doce meses post-quirúrgicos previstos para la neoformación ósea, los animales de experimentación fueron sacrificados. Se tomaron radiografías de cada una de las tibias, con el fin de localizar de manera exacta la zona de interés del ensayo (Fig. 2). Las tibias fueron seccionadas, colocadas en formol al 10% para su estudio histológico.


Fig. 2. Radiología
Nota: no se observaron zonas radiolúcidas que indiquen procesos óseos.

II.3. Consideraciones éticas
Se seleccionó al conejo (raza Neozelandesa) como modelo animal en este estudio experimental predictivo, teniendo en cuenta su biología, que permite realizar procesos inducidos de ROG, en los cuales el fenómeno que se produce se asemeja en uno o más aspectos al mismo fenómenos en humanos.
La investigación se realizó según los Principios Éticos Internacionales para la Investigación Biomédica con animales. En este trabajo, se aplicó el principio de reemplazo, reducción y refinamiento (3R's), para el manejo de los animales de experimentación. Éstos fueron tratados como seres sensibles minimizando el disconfort, angustia y dolor. No se realizaron procedimientos quirúrgicos o dolorosos en los animales sin anestesia. Los ejemplares fueron mantenidos en óptimas condiciones de vida. Una vez finalizada la experiencia fueron sacrificados sin dolor mediante la utiliza ción de pentobarbital sódico (eutanasia). La Anestesia se llevó a cabo según la Tríada de Grey con protección del Sistema Neurovegetativo:

  • Hipnosis
  • Analgesia
  • Relajación Muscular

III. Resultados

III.1. Resultados macroscópicos
En todas las muestras se observó formación de tejido óseo compacto en la zona de la osteotomía, advirtiéndose una depresión en aquellos defectos en los que se utilizaron membranas PGA/PLA sin microfijar (Fig. 3). En ninguna de las muestras se encontraron restos de membranas.


Fig. 3. Depresión ósea

III.2. Resultados histológicos
En este estudio, el uso de la membrana de PLA/PGA mostró una importante oseointegración en la región circundante y en contacto con el microtornillo. Los hallazgos histológicos describen buena organización ósea con evidentes conformaciones de osteonas y sistemas haversianos intersticiales, los cuales fueron formados tras la colocación de la membrana de PLA/PGA.
Concordando con los hallazgos macroscópicos, el hueso neoformado presentó características histológicas importantes que indican organización tisular, celularidad y síntesis molecular activa expresada por la presencia de trabéculas constituidas por sustancia osteoide y hueso plexiforme sobre todo en zonas más alejadas del microtornillo.
Con la técnica de Hematoxilina Eosina, se logró evidenciar la presencia de nuevas trabéculas óseas (Fig. 4), osteoblastos activos y células de revestimiento laminar, redes vasculares haciendo parte del sistema haversiano recién formado y tejido conjuntivo adyacente en aposición (Fig. 5), que indicaba engrosamiento trabecular dentro de un proceso de neoformación. También se reveló que la formación de hueso nuevo del tipo cortical se da tanto cerca del microtornillo como distal a éste, pero con diferente disposición y organización celular y de matriz osteoide, así como de la velocidad de formación en ambos lugares, siendo mucho más rápida en las cercanías al microtornillo.


Fig.4. Trabéculas óseas nuevas


Fig. 5. Osteoblastos activos

Si bien la degradación del biomaterial ocurre favorablemente, la migración y la actividad metabólica celular se ven afectadas y diferentes en los sitios en los cuales la membrana no fue fijada. Como hallazgo importante la presencia de zonas con procesos de mineralización alternando con tejido adiposo y médula ósea indican la participación de células indiferenciadas pluripotenciales que logran en su momento la transformación a células osteoblásticas con capacidad de síntesis para la neoformación de los sistemas haversianos que dejan ver los canalículos óseos bien diferenciados y células de tipo lamelar.

IV. Discusión

A la hora de llevar a cabo el proceso de ROG, se presenta la necesidad de determinar el tipo de membrana a utilizar. Entre ellas se encuentran las membranas no reabsorbibles, como son las de e-PTFE, las cuales ofrecen muchas ventajas debido a su rigidez mecánica, su biocompatibilidad y sus microestructuras porosas que permiten el crecimiento hacia adentro, y conexión de tejido conectivo para estabilización de la cicatrización de una herida compleja y la inhibición de la migración epitelial[2]. La principal ventaja del uso de estas membranas es que mantienen sus características funcionales el tiempo suficiente para la adecuada cicatrización y luego pueden ser eliminadas inmediatamente. Después de removidas, no hay posibilidad de que productos de la ruptura interfieran con la maduración del tejido regenerado. Una de las características negativas que exhiben es la exposición de las mismas, lo que puede causar problemas post operatorios en el manejo del tejido, conduciendo al crecimiento bacterial, alteración de la morfología de los fibroblastos y migración, opacando el éxito del proceso de regeneración. Otra desventaja es que se requerirá de una segunda cirugía para su extracción.
Por el contrario, las membranas reabsorbibles no necesitan ser extraídas a través de procedimientos quirúrgicos. Otras de sus ventajas son la reducción en la disconformidad, el stress y los gastos, debido a un único procedimiento. Estas membranas mostraron una mayor formación de nuevas adherencias y menos inflamación y exposición en comparación con membranas de e-PTFE. Las membranas reabsorbibles son de fácil manejo clínico debido a su flexibilidad y, por lo tanto, tienen una mayor adaptación al defecto óseo. El proceso de reabsorción de las mismas está programado para asegurar la función de la barrera por un mínimo de 6 semanas[9], tiempo tras el cual se reabsorbe lentamente. La reabsorción completa ocurre aproximadamente a los 12 meses. A causa de la progresiva reabsorción de estas membranas, puede producirse el colapso de las mismas, afectando negativamente el proceso de la reparación ósea. Con el objetivo de evitar esta situación, se fijan las membranas al hueso circundante a través de técnicas de microfijación. En este trabajo utilizamos membranas de PLA/PGA microfijadas mediante microtornillos o microplates Luhr para el correcto posicionamiento de la membrana en el sitio. A través del análisis de las muestras, se pudo destacar que hubo crecimiento óseo superficial compacto uniforme en las muestras con membranas microfijadas, mientras que en las no microfijadas se observó depresión del tejido a nivel externo, evidenciando el colapso de las membranas. En la microscopía se observó conformación de osteonas y de hueso intersticial de tipo cortical; no obstante, se observó mejor organización tisular en la región cercana al microtornillo, en contraste con lo observado en las regiones distales a éste. Aunque esto representa un importante evento en cuanto al colapso que puede presentar la membrana e interferir con la cicatrización o con el estímulo de la neoformación ósea, nuestro estudio reveló que la formación de hueso nuevo de tipo cortical se da tanto cerca del microtornillo como distal a este, pero con diferencias en la disposición, en la organización celular y en la matriz osteoide.
Como último aspecto, el hecho de que la microfijación se realice con elementos no reabsorbibles haría necesaria una segunda intervención para retirarlos, aunque esto no es requerido. Podría estudiarse la microfijación mediante pines reabsorbibles, completamente reabsorbibles y actualmente utilizados en cirugías traumatológicas[10].

V. Conclusiones

1.Las membranas de PLA/PGA enlazan directamente con el tejido óseo circundante al ser colocadas en defectos de la metáfisis proximal de la tibia, logrando así un crecimiento óseo uniforme.
2.Las membranas de PLA/PGA actuaron como material osteoconductor del tejido neoformado. Las mismas sufrieron una reabsorción progresiva durante el período de formación ósea, de modo tal que al finalizar el estudio, no fueron observadas macroscópicamente en las muestras.
3.En aquellas muestras que no fueron microfijadas se observaron concavidades en la zona de la osteotomía, evidenciando el colapso de la membrana.
4.Se reveló que la formación de hueso nuevo del tipo cortical se da en todos los sitios donde se practicó la osteotomía, pero con variaciones en la disposición, organización celular y en la matriz osteoide, advirtiéndose una mayor tasa de formación ósea en las cercanías al microtornillo en comparación con los lugares distales a éste.
5.En las osteotomías donde las membranas PGA/PLA fueron microfijadas, se observó un crecimiento óseo uniforme, ya que la fijación al hueso circundante mediante microplate impidió el movimiento relativo entre la membrana y el tejido subyacente, resultando en una estabilidad suficiente como para permitir un crecimiento óseo extenso y organizado.

Referencias bibliográficas

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