476 Cerâmica 54 (2008) 476-479
INTRODUÇÃO
Co�� o �������o �� ��������� �� ������ ���������� ����� o �������o �� ��������� �� ������ ���������� ��� �������o �o �ú����o �� f������� �� q�����l q�� ���������� �� 1��3 ���lhõ�� ��� 1990 ���� c��c� �� 2��6 ���lhõ�� ��� 2025. A f������ co������ ��� co���qüê�c�� �� q������� �c������� � �o����� c�ô��co���g������������ co��o � o���o�o�o��. E�� 2005�� o� g���o� �o S������� Ú��co �� S�ú�� � SUS co�� ó������ � ��ó����� o��o�é��c�� �l������������ R$ 120 ���lhõ�� [1]. So������ o ��oc��������o �� ����o�l����� �o q�����l fo� ����o��á��l �o� ����� �� 16 ���l ��������õ�� � ��� g���o �o��l �� c��c� �� R$ 26��5 ���lhõ�� co�� � co����� �� ��ó�����. So����o � ���o�� ho����� �o������ ��� 2006�� c��c� �� 1.200 c����g��� �� �����ão �� ����o�l������� ����o��á���� �o� ��� g���o ���c�o��l �� q���� R$ 2��9 ���lhõ�� ���� � ���l�z��ão ����� ��oc��������o [1]. E���� �ú����o� �ão refletem a demanda real por estes serviços, pois o SUS ����� �ão g������ � ��������l����� �� �����������o.
A ��ó���� �o ���o Ch���l�y�� ������ol���� �� �éc���
�� 60�� c��������� co�� h���� f���o��l ��� ��o ��ox��á��l � �c��áb�lo ��� �ol����l��o ����� é�� ����l�������� b������� ������g��� � ��������� �� bo�� � �xc�l����� ����l���o� clí��co� ��� lo�go ���zo�� ������ �o �o���c��l ���g���� �o �ol����l��o � ��obl����� co�� � co��o�ão �o ��o ��ox��á��l [2].
Há ���� ����ê�c�� �� �������o �� ��o �� ��ó����� �ão� c���������� o� híb����� (h���� �ão�c��������� � �c��áb�lo c��������o)�� ����c��l������ ��� ��c������ jo���� [2�� 3]. N���� c��o�� � h���� f���o��l (o� ����� ��l�) ��c�b� ��� tratamento de superfície que visa otimizar a fixação b�ológ�c��� ����g����o � l�g� ����ál�c� �o o��o ��lo ��oc���o co�h�c��o co��o o���o����g���ão. A ����c���l �����g��� �o ��o �� h����� o���o����g�á���� é ������ o ��o �� c������o� co��o o �ol�(�����c��l��o �� �����l�) q�� ����� � ��g����� co�� o �����o�� �f�o�x���o � ��ó���� � �x�g���o�� co�� ���o�� c����g��� �� �����ão.
D����� o� ����������o� ��l�c��o� à� h����� � �c��áb�lo��� �����c���� o ��cob�������o c��â���co co�� fo�f��o� �� cálc�o
Recobrimento da liga Ti-6Al-4V com hidroxiapatita pelo método
sol-gel e sua aplicação a hastes femorais não-cimentadas
(Coating of Ti-6Al-4V alloy with hydroxyapatite by using sol-gel
method and its application to non-cemented femoral stem)
E. P. Avés1, J. C. Galván2, I. R. Lima3, J. M. Granjeiro3, I. N. Bastos4, G. D. Soares5 1Universidade de Havana, Cuba
2Metallurgical Research Center, CSIC, CP 28040, Madrid, Espanha 3Universidade Federal Fluminense, Niterói, RJ 24020-150
4Universidade do Estado do Rio de Janeiro, Rua Alberto Rangel s/n, Nova Friburgo, RJ 28630-050 5Universidade Federal do Rio de Janeiro, Ilha do Fundão, Rio de Janeiro, RJ 21941-972
gloria@metalmat.ufrj.br
Resumo
O ��cob�������o �� l�g�� ����ál�c�� co�� c��â���c�� b�o������ ���� �c�l���� � fo�����ão ó���� �o ���o� �o ����l������ co����b����o ���� � ��� ����b�l�z��ão. N���� ���b�lho �����o���� � f��� c��â���c� �� h���ox�������� ���o������ ��lo ��oc���o �ol�g�l ��� ch���� �� l�g� ����ál�c� T��6Al�4V. A c������ �� ��cob�������o fo� c���c����z��� �o� ���c�o�co��� �l���ô��c� �� ����������� �o� ��f���ão �� ���o� X � ��� ����ão �o ��b�����o fo� ���l���� ��lo ����� �� c���lh������o O ����� �� c��oco������b�l����� ��o���o� q�� o ��oc���o de recobrimento por sol-gel não promoveu morte celular significativamente maior que o controle (p > 0,05). Além disso, hastes f���o���� ����o����� �� ��c������ (�x�l�����) fo���� ���q���������� ��cob����� ���l�z���o��� o ��oc���o �ol�g�l.
Palavras-chave: c��â���c��� h���ox���������� �ol�g�l�� b�o������������ ������ “�� ����o”�� c��o�ox�c�����.
Abstract
The coating of metallic alloys with bioactive ceramics aims to accelerate bone formation around the implant, contributing to its
477 E. P. Avés et al. / Cerâmica 54 (2008) 476-479
(g�����c������� ch�����o� �� h���ox�������� � HA) q�� ���� � ��� �����l������� co�� � ����� �������l �o o��o�� ����� � �c�l���� o ��oc���o �� o���o����g���ão [4]. Co����c��l������ é ������g��o ��cob�������o �o� ������ão � �l������� ���� ���� ��oc���o ������� �� �q���������o c��o � � ��c�l� ��í����� �� ��o���ão �co�ô���c� ��q������ é ������� ��z�� ������o� à ��c���á���. T���bé�� �ão co��������� �� l����������� �� �o��í���� ��������g����� ���� co��o � �o���b�l����� �� ���col������o �o ��cob�������o �����o à ��� �l����� ��������� [5]�� � ������z� fí��c� �� ���ão�� � � c����ão �� ����õ�� ��������� �� �����f�c� �����l�c��â���c� [6]. Po� ���o�� ������o� ��oc���o� co��o o b�o�����é��co [7]�� �l���ofo���� [8] � �ol�g�l [9] �ê�� ���o ���l�z��o� ���� ��cob��� ������� � ���� l�g�� co�� �� c��â���c�� �� fo�f��o� �� cálc�o.
D� �co��o co�� o Ó�gão I������c�o��l �� P���o��z��ão (I��������o��l S������� O�g���z���o� � ISO)�� o �����o �� c��o�ox�c����� in vitro é o ��������o ����� ���� ���l��� � b�oco������b�l����� �� q��lq��� ��������l ���� ��o ��� ����o�����o� b�o��é��co� [10] ��� ���o�� �� co����o���� � ��� �ão��ox�c������� é q�� o �����o �� b�oco������b�l����� �o ��o���o �o�� ��� co���������� ���l�z���o��� o� �����o� ��c���á��o� ��� �������� �� �x�����������ão [11]. A������� o� ���������� �� ����l����� ������ ����bé�� ��� ���o���o� ����� �����.
O �������� ���b�lho ���� co��o obj����o o�����z�� o� ���â�����o� �� ��oc���o ���� ��cob�������o �� ���� l�g� T�� 6Al�4V�� ����o q�� ����� ����� fo���� ���l�z���� ���o����� �l����. A�ó� � c���c����z��ão �o ��cob�������o � o� ������ “�� ����o”�� o ��cob�������o fo� ��l�c��o � h����� f���o���� co����c������ ����o����� �� ��c������ (�x�l�����).
MATERIAIS E MÉTODOS
U��� ch��� �� l�g� T��6Al�4V co�� 1 ���� �� ��������� (ASTM F�136) fo� j������ co�� ����íc�l�� �� �l�������� ��g���� �� ���q�� q�í���co co�� ���� �ol��ão co�����o H2O2 � HF. E��� co��b����ão �� ����������o� ����l�� ����� superfície rugosa e com topografia favorável à adesão e à �������ão q�í���c� �o ��cob�������o co�� o ��b�����o [12].
O ��cob�������o ��g��� o ��oc��������o [13] q�� consiste na hidrolização por 24 h de trietil fosfito em água �ob ��go�o�� �g����ão. U��� �ol��ão 4M �� ������o �� cálc�o ��� q��������� ����q��o��é���c� é ���ão ���c�o������ �g����� �o� ����� 30 ���� � ���x��� �g�� �o� 24 h. O ��cob�������o �ob�� ���o����� co�� ���ão q������� (10 ���� x 10 ����) fo� ��o��z��o �o� �����co����g ������� 9 ���� � �ob ��loc����� �� 4.200 ����. A �����fíc�� ����ál�c� co�� o ��cob�������o c��â���co fo� ���ão ������� ������c������� � 450 °C (co�� aquecimento lento) por 2 h para densificar a camada de fo�f��o �� cálc�o � ���lho��� � ����ão co�� o ��b�����o. A ������������ ��colh��� fo� b��x� ���� q�� �ão ����l����� ��� �����ão �� ����z� �� l�g� ����ál�c�.
O ��cob�������o fo� c���c����z��o ��o�folog�c������� �o� ���c�o�co��� �l���ô��c� �� ��������� (MEV�� JEOL JSM�6460LV) � fí��co�q�����c������� �o� ��f���ão �� ���o� X (DRX). P��� � ��ál��� �o� DRX ��� ��� ��f���ô�����o Rigaku (Miniflex) com radiação Cukα, � c������ ��
��cob�������o fo� ����o���� �o ��b�����o � ��������� ��� �l��of���z �� ág���.
T����� �� ����ão �� c������ �� h���ox�������� �ob�� o ��b�����o fo���� ���l�z��o� ��g���o � �o���� ASTM F 1044� 05. Esta norma define as condições do teste de cisalhamento ���� ���l���ão �� ��cob�������o� ����ál�co� � �� fo�f��o� �� cálc�o �ob�� ��b�����o� ����ál�co� ����o� � ����c��� �� fo���� co������������ o g��� �� ����ão �o ��cob�������o �o ��b�����o. O co��o������o�� co������ �� ���� �l�c���� ���� recoberta e a outra não, unidas por um filme adesivo que ���� ���������� ������ê�c�� �o c���lh������o ������o� � 34��5 MP�. O� ������ fo���� f���o� ��� q������l�c��� �� ��áq���� �� �����o ��������l I����o�.
A c��oco������b�l����� ��� ���o����� ��cob����� fo� ���l���� �o� co����o �������o co��o ���c���o �� �o���� ISO 10993�5. E�� ������o�� �l�c�� ��cob����� �o� �ol�g�l fo���� ��c�b���� ��� DMEM (6 c��2/��L) ���� �o�o f���l bo���o (SFB) �o� 24 h � 37 oC. O �ob��������� ����� �������� fo� ���o������o �x����o ���o (100%)�� ����o �o�����o������� ��b������o � ��l���õ�� �������� (50 � 10%).
F�b�obl���o� B�lb/c clo�� A31 ob����� �� A�����c�� Ty�� C�l���� Coll���o� (ATCC) fo���� ��������� ��� �l�c�� �� 24 �o�o� � c�l������� ��� DMEM �c���c��o �� ����b�ó��co � co���l��������o co�� 10% �� SFB � 37 oC � 5% �� CO
2 ��é atingirem a subconfluência (48 h após o plaqueamento). Em ��g������ o ����o �� c�l���� fo� ��b�����í�o ��l�� ��f������� co�c������õ�� �o �x����o �o ��������l �c���c��o �� SFB 10% e, após 24 h, procedeu-se à tripsinização e fixação ��� cél�l�� ��� fo����l��í�o 3��7% ���� �o�����o� co���g��� ��� câ����� �� N��b����. O �ú����o �� cél�l�� c�l������� ������ ��� DMEM co�����o 10% �� SFB fo� co��������o co��o co���ol� ��g����o (co�����o�����o � ��l���ão 0% �o �x����o). O �x���������o fo� �x�c����o ��� ��x���l�c������ ����o �� ��é���� � o� �����o������ão ��b������o� à ��ál��� de variância, considerando-se significativas diferenças se � < 0��05. A��c�o��l�������� fo���� ��������� 30.000 cél�l�� �� l��h�g��� �� ��é�o���obl���o� �� fê���� �� B�lb/c 3T3 (FOST) �ob�� �l�c�� �� 10 ���� x 10 ���� ��� ���o����� ��cob����� �o� �ol�g�l � ��������� ��� c�l���� ��� DMEM ���l��������o co�� 10% �� SFB � 37 oC � 5% �� CO
2 �o� 4 e 24 h. Ao final desse período, as placas foram removidas, as células fixadas em solução de 2,5% glutaraldeído �����o���o co�� c�co��l��o 0��1M�� �H 7��3 �o� 24 h. A�ó� ���� ����� �� cél�l�� fo���� l������ ���� ��z�� ��� �ol��ão �����ão �� c�co��l��o 0��1M�� ������������ ��� co�c������õ�� c���c����� �� álcool (�� 50 � 100%) � �������� ��� �ol��ão �� h�x�������l��l�z��������ol �b�ol��o (50%:50%) ��g���� �� h�x������l��l�z��� (100%)�� ��c�g��� �o� 24 h � �����l�z��ão co�� l�g� �� o��o���lá��o ���� ob������ão ��� ���c�o�có��o �l���ô��co �� ��������� � MEV � 15 kV.
478 E. P. Avés et al. / Cerâmica 54 (2008) 476-479
RESUlTADOS E DIScUSSÃO
A ����g��� ob���� �o� MEV �� �����fíc�� �� l�g� �� ���â��o ��cob���� ��o���� � fo�����ão �� ���� c������ ��zo���l������ ���fo������ F�g. 1�. Po���� ��� ob�������� �lg����� ��g�õ�� �o�o��� � �lg����� ����c�� ��co������� ��o����l������ �� co�����ão ��f����c��l �o ��cob�������o ��� ��l��ão à l�g� ����ál�c�. E��� co�����ão ����c� �x����� �o������ ��� c������� mais externas, mantendo uma fina camada cerâmica em co����o co�� � �����fíc�� �� l�g� ����ál�c� (F�g. 1b).
O ��f���og����� �� ���o� X (F�g. 2) ����c� ���� ��������� co�� �l����� c�����l������� co���o��� �� h���ox�������� (JCPDS 09�0432) � c��bo���o �� cálc�o (JCPDS 81�2027).
A����� �� q�� �lg��� ���o��� co��������� o c��bo���o �� cálc�o �óx�co�� fo���� ob���o� [14] c������o� �� fo�f��o� �� cálc�o co�����o�� �o ��í����o�� c��bo���o �� cálc�o q�� �������� � ���b�o��ão �o ��������l�� ���bo�� �lg��� ���o��� co��������� o c��bo���o �� cálc�o co��o c��o�óx�co�� c������o� �� fo�f��o �� cálc�o co���� �o ��í����o 40% ��� ������ �� c��bo���o �� cálc�o co�� �l����� ���b�o��ão � �xc�l���� c��oco������b�l�����. No c��o �� ����l������� � ���b�o��ão ���c��l �� c������ �� ��cob�������o �o�� ��� ��� ����c�o �o�����o �o ������o �� �c�l���� � ��o�fo�����ão ó���� [4].
A ������ê�c�� �o c���lh������o �o� co��o�������o�� �������o� fo� �g��l � 29��0 ± 3��6 MP�. T����� �����l�bo���o����� �� l�g� �� T��6Al�4V ��cob���� �o� ������ão �é����c� co�� �ó �� ������� l�g� ������������� ���� ������ê�c�� �o c���lh������o �g��l � 29��6 MP� [10]. T���bé�� o �����o ����ão ��co�����o (3��6 MP�) fo� ��f���o� �o ��áx���o ��������o ��l� �o������ q�� é 4��81 MP�. D���� fo������ é �o��í��l co�cl��� q�� o ��cob�������o �� h���ox�������� ��lo ��oc���o �� �ol�g�l ��������� bo� ����ão �o ��b�����o ����ál�co. U�� ���b�lho recente sobre desgaste de filmes produzidos por sol-gel �ob�� l�g� T��6Al�4V ��o���o� q�� ��cob�������o� co�� HA �ão ����o� ��o����o� �o ���g���� �o q�� ��cob�������o� �� T�O2 � S�O2�� ��o����l������ ��l� ����o� ��fo�����ão �lá���c� �� c������ �� h���ox�������� [15].
A F�g. 3 ��o������ ��� ��l��ão �o g���o �� co���ol��� q�� �ão há diferença significativa (p > 0,05) no número de células �x�o���� à� ��f������� co�c������õ�� �o �x����o ��� �l�c�� ��cob����� �o� �ol�g�l�� ����c���o ��� c��oco������b�l�����. Fotomicrografias eletrônicas de varredura das células ��������� �ob�� � �l�c� ��cob���� �o� �ol�g�l �o���� ��� ������ �� F�g. 4 o��� �� co������ � ����ão � ������������o das células com emissão de filipodia e pseudópodos, bem como algumas figuras sugestivas de mitose.
A partir da confirmação da citocompatibilidade, da ������ê�c�� �o c���lh������o � ��� f���� c��â���c�� fo��������� foi recoberta uma peça de implante real para identificar se o F�g��� 1: MEV �� ch��� �� T��6Al�4V ��cob���� ��lo
��oc���o �ol�g�l.
[Figure 1: SEM of Ti-6Al-4V sheet coated by using sol-gel process.]
F�g��� 2: D�f���og����� �� ���o� X �� l�g� T��6Al�4V ��cob���� �o� �ol�g�l.
[Figure 2: X-ray diffraction pattern of sol-gel coated Ti-6Al-4V alloy.]
F�g��� 3: Nú����o ��l����o �� cél�l�� ��� f���ão �� �x�o���ão � ��f������� co�c������õ�� �o �x����o �� ch���� �� T��6Al�4V ��cob����� �o� �ol�g�l. A� b����� ������������ o �����o ���ão �� ��é���.A� b����� ������������ o �����o ���ão �� ��é���.
479 E. P. Avés et al. / Cerâmica 54 (2008) 476-479
��cob�������o ��� ���fo���� ������o ����� ���� co�� g�o������� co���l�x�. A F�g. 5 ��o���� ����� �� h���� �x�l������ co�� ��cob�������o ���fo���� ��� q��l��������������� co�� � ������� ����ão �o ��b�����o ����ál�co�� ����c���o ��c���o �o ��cob�������o ��lo ��é�o�o �ol�g�l.
F�g��� 4: MEV �� ��o�folog�� ��� cél�l�� c�l������� �ob�� ch���� �� T��6Al�4V ��cob����� �o� �ol�g�l.
[Figure 4: SEM images of cells morphology cultured on Ti-6Al-4V sheets coated by sol-gel.]
F�g��� 5: Ex�l���� co�� ������������o c��â���co ��lo ��é�o�o �ol� g�l.
[Figure 5: Explant coated with ceramic by sol-gel method.]
cONclUSÕES
O� ����l���o� �� ������ê�c�� �o c���lh������o ����c��� q�� � ���o���ão �o� �ol�g�l ��������� ���� ����ão ���q���� �� �����f�c� �����l�c��â���c� � �o �����o �� c��ox�c������� ��g���o � �o���� ISO 10993�5�� o �������� fo� co��������o ��óx�co. T���bé�� fo� �o��í��l ��cob��� h����� co����c���� ��lo ��oc���o �� �ol�g�l�� q�� �o�� ��� ���� �l��������� ��á��l ���� � ��o���ão �� h����� f���o���� �ão�c����������.
AgRADEcIMENTOS
Ao CNPq (P�oc. 491512/2004�0) � ����bé�� à FAPERJ e à CAPES pelo suporte financeiro. Ao ortopedista M. N��c������o�� �o INTO�� ��l� c���ão �� �x�l����� ���� ������ ��cob���o�.
REfERêNcIAS
[1] DATASUS, 2007.
[2] C. V. M. Rodrigues, Tese de Doutorado, COPPE/UFRJ, Rio de Janeiro, RJ (2006).
[3] Baumer - disponível em: http://www.baumer.com. br/Ortopedia/Portugues/detModelo.php?codproduto=135 Acesso em 10/03/2007.
[4] R. Z. LeGeros, Clin. Orthop. Rel. Res. 395 (2002) 81-98.
[5] A. K. Lynn, D. L. DuQuesnay, Biomaterials 23 (2002) 1937-1946.
[6] Y.�C. Y��g�� S��f. Co��. T�ch�ol. 201 (2007) 7187�7193. [7] T. Kok�bo�� T. T�k�������� B�o��������l� 27 (2006)2907� 2915.
[8] L. A. S����� M. C. A�������� A. M. Ro����� G. A. So������ J. B�o����. M����. R��.M����. R��. 60 (2002) 1�7
[9] D.�M. L���� Q. Y��g�� T. T�oczy��k��� B�o��������l� 23 (2002) 691� 698.
[10] I��������o��l S������� O�g���z���o��� ISO 10993. [11] S. O. Rog��o�� A. B. L�gão�� T. I. Ik����� A. S. C��z�� M����. R��. 6�� 3 (2003) 317.
[12] M. G. D���z�� G. A. So������ M. J. Co�lho�� M. H. F���������� J. M����. Sc�.: M����. M���c��� 13 (2002) 421� 431.
[13] D.-M. Liu, T. Troczynski, W. J. Tseng, Biomaterials 22 (2001) 1721-1730.
[14] C. Combes, B. Miao, R. Bareille, C. Rey,Biomaterialsomaterials 27 (2006) 1945-1954.
[14] W. Zhang, C. Wang, W. Liu, Wear 260 (2006) 379-386.
[15] S. O. Rog��o�� C. S���o��� J. K. M. F. D�g���o�� M���� 12 (2007) 134�139.