Toxicidade de cimentos ósseos de base acrílica: estudos in vitro

Abstract

Nos últimos 40 anos, os cimentos ósseos têm sido usados na fixação de próteses articulares ao osso, fornecendo o suporte e a estabilidade estrutural inicial necessários ao sucesso do implante. Actualmente, os cimentos ósseos de base acrilica (/.e., baseados numa matriz de poli(meti1 metacrilato), PMMA) ocupam uma posição de relevo, sendo extensivamente usados em cirurgia ortopédica cimentada. Sabe-se, no entanto, que este tipo de cimentos apresentam algumas desvantagens. Nomeadamente, causam alguma morte celular ao redor do local do implante, quer devido a elevada temperatura de polimerização, quer devido ao efeito tóxico do monómero de metii metacrilato (MMA) libertado do material aquando a polimerização que ocorre in sifu. Para além dos problemas biológicos, os cimentos de PMMA apresentam também algumas limitações ao nivel das propriedades mecânicas, sendo normalmente frágeis e pouco resistentes a fadiga. Neste trabalho, avaliou-se a toxicidade in vifro de três novos cimentos ósseos, que foram desenvolvidos na tentativa de melhorar algumas das propriedades dos cimentos convencionais baseados em PMMA. Um dos cimentos, o COM, é constituido por um copolimero de PMMA e etil hexilacrilato (EHA) (1:l) e os outros dois, os cimentos C3M e C5M, são materiais compósito de matriz PMMAco- EHA reforçada com partículas de vidro do sistema 3Ca0.P205-Mg0-Si02, nas proporções de 30 e 50%, respectivamente. A linha de osteoblastos humanos MG-63 foi exposta a várias diluições do extracto dos cimentos e determinou-se a função metabólica celular pelo ensaio do MTT. Além deste método de referência, foi desenvolvido um protocolo de citometria de fluxo (FCM) para monitorização da progressão das células pelo ciclo celular durante o período de exposição, determinando o conteúdo em DNA pela incorporação de iodeto de propidio. Os resultados de MTT demonstraram que sobretudo os extractos mais concentrados, influenciaram o crescimento celular quando comparados com as células cultivadas em meio de cultura. Verificou-se também que o extracto do cimento C5M, com maior percentagem de vidro, foi aquele que conduziu a efeitos mais nocivos no metabolismo dos osteoblastos. A análise do ciclo celular mostrou que os extractos dos três cimentos induziram alterações na proliferação celular. Contudo. nos cimentos COM e C5M os resultados sugerem que o efeito tóxico provocado pelo extracto não é irreversívei, e as células que sobrevivem mantêm a sua capacidade proliferativa.

In the last 40 years, bone cements have been used to anchor the components of articular protheses to the bone, providing the support and initial structural stability essential for the long-term success of the implant. Nowadays, acrylic bone cements (i.e., based in a matrix of poly(methy1 methacrylate), PMMA) occupie a distinctive position, being extensively employed in cemented orthopaedic surgery. However, it is known that this type of cements exhibit some drawbacks. Namely, they cause some cell death at the surrounding of implantation site due to eilher the exothermal polymerization or the local toxic effect of methyl methacrylate (MMA) monomer leaching out of the material as it cures in situ. In addition to biological problems, PMMA based cements have also some limitations at the mechanical properties level, being usually brittle and little resistant to fatigue. In the present work it was evaluated the in vitro toxicity of three new bone cements, which were developed as an attempt to improve some properties of conventional PMMA based bone cements. One of the cements, COM, is formed by a copolymer of PMMA and ethyl hexilacrylate (EHA) (1:l) and the other two, C3M and C5M. are composite materiais with a PMMA-co-EHA matrix reinforced with glass particles (3Ca0.P205-Mg0-Si02) in 30 and 50% proportions, respectively. Human osteoblast-like MG-63 cell line was exposed to severa1 dilutions of cements extracts and the cellular metabolic function was determined by the MTT assay. Besides this standard method, it was also used a new flow cytometry (FCM) approach and developed a protocol to monitor cell cycle progression during exposure time, measuring DNA content by propidium iodide uptake. MTT results demonstrated that especially the most concentrate extracts had influence in cell growth compared to cells cultivated only in culture medium. It was also obse~edth at C5M cement, wilh the highest content in glass, was the one that exerted more severe effects on the osteobiast metabolism. Cell cycle analysis showed that all materiais extracts led to changes in cellular proliferation. However, results of COM and C5M cements suggest that the damage caused by the extract is not irreversible and the su~iving cells maintain their proliferation ability.