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Universidade Federal do Rio Grande do Sul ‒ UFRGS
Escola de Engenharia
Programa de Pós-Graduação em Engenharia de
Minas, Metalúrgica e de Materiais ‒ PPGE3M
Desempenho biológico e mecânico e características de degradação de cimentos de fosfato
de cálcio em grandes animais e humanos.
Gabriel Brasileiro
Novembro/2021

Autores 02
Lena Schröter, M.Sc in
Institute for Orthopedic
Research and
Biomechanics, Ulm
University Medical Center,
Helmholtzstrasse, Germany.
Friederike Kaiser, PhD
student at Department for
Functional Materials in
Medicine and Dentistry
University of Würzburg,
Germany.
Svenja Stein, PhD in
Veterinary Surgeon,
Ulm University,
Helmholtzstrasse,
Germany.
Uwe Gbureck, Professor at
Department for Functional
Materials in Medicine and
Dentistry, University of
Würzburg, Germany.
Anita Ignatius, Director at Department of Bone
Biology and Fracture Healing Veterinarian, Ulm
University.

Revista
 ISSN 1742-7061.
 Área de avaliação: Engenharia II.
 Qualis A1.
 Cite Score: 14,0.
 Fator de impacto: 8,947.
Revista que iniciou as atividades em abril de 1947 (EUA). Acta Biomaterialia é uma revista
internacional que publica relatórios de pesquisa originais revisados por pares, artigos de revisão
e comunicações no campo amplamente definido da ciência dos biomateriais, com ênfase nas
relações estrutura-propriedade-função em biomateriais.
Missão: Aumentar e divulgar o conhecimento
da ciência e engenharia de materiais
03
Fonte: https://actamaterialia.org/journals/acta-biomaterialia

04
Introdução
Tabela 1 – Ortofosfatos de cálcio existentes e suas propriedades.
• O cimento de fosfato de cálcio (CFC)
foi patenteado nos anos 80 por Brown
e Chow (TTCP + DCPD + água),
descrito anteriormente por LeGeros.
• Utilizado comercialmente pela primeira
vez nos anos 90 para tratamento de
defeitos maxilofaciais e fraturas.
• Região trabecular.
Fonte: Adaptado de DOROZHKIN, 2017; LEÓN, 2009 e VÁSQUEZ, 2016.

Introdução 05
• O Os CFC´s dão origem a basicamente dois produtos distintos:
Apatitas Brushita
HA - (Ca10(PO4)6(OH)2)
CDHA - Ca9(HPO4)(PO4)5(OH))
CaHPO4.2H2O
O CDHA é o mais estável em um ambiente
fisiológico humano.
Fonte: CARRODEGUAS e AZA, 2011.

Avaliação biológica dos CFC’s 07
No artigo, foram avaliados produtos comerciais ou em testes, sendo 26 de apatita e 12 de
brushita.
Devido a um alto número de produtos, foram escolhido 9 produtos da apatita e 3 da brushita,
levando em consideração os seguintes requisitos:
Degradação;
Performance clínica;
Propriedades mecânicas.

CFC’s formadores de apatita 08
Composição: CPC apatita que se transforma durante a reação de pega em apatita
carbonatada.
Modelo experimental: Seis ovelhas adultas (3–5 anos de idade), fêmeas, da raça Alpina
Suíça, pesando 53,0–70,0 kg, foram avaliadas durante o intervalo de 2, 4 e 6 meses após uso
do cimento.
Figura 3: Modelo do orifício de perfuração na região
proximal e distal do úmero e do fêmur. Profundidade
de 13 mm e diâmetro de 8 mm.
1. Norian SRS® (Synthes, US).
Fonte: APELT, et al. 2003.

09
CFC’s formadores de apatita
1. Norian SRS® (Synthes, US).
Os animais foram examinados diariamente e tiveram acesso gratuito a comida e água. As
ovelhas foram sacrificadas 2, 4 e 6 meses após a cirurgia.
Resultado: Cimento aumentou a densidade de acordo com o tempo e permaneceu intacto
(não degradou-se).
Figura 4: Radiografia do local do cimento após (a) 2 meses, (b) 4
meses e (c) 6 meses.
Formação óssea lenta e baixa
reabsorção. Porém, mecanicamente,
não apresentou defeitos.

2. Kyphos® (Kyphon, US)
Composição: CPC com 6% sulfato de bário.
Modelo experimental: Avaliação de 23 ovelhas adultas, sendo 10 para avaliação histológica e
13 para avaliação de estresse mecânico. O tempo variou de 2 a 4 meses.
Figura 5: Radiografia do local da perfuração na coluna vertebral
das ovelhas. K (somente CPC), KR (CPC com sulfato de bário) e
N (somente a cavidade óssea).
Fonte: KOBAYASHI, et al. 2006.

11
2. Kyphos® (Kyphon, US)
Resultado:
• O osso conectou-se a extremidade
de todos os cimentos ósseos.
• O sulfato de bário não provocou
uma reação de corpo estranho e
nem afetou propriedades
mecânicas.
• Apresentou um osseointegração
extensiva após os 4 meses.
Figura 5: Microfotografia
de seções com CPC. (a) 2
meses após a cirurgia e
(b) 4 meses após a
cirurgia.
Fonte: KOBAYASHI, et al. 2006.

12
3. FractureGrout TM (Norian, US)
Composição: Mesma composição do Norian SRS®, porém a solução utilizada para reação foi
fosfato de sódio.
Modelo experimental: Avaliação de 72 cães adultos, sem raça definida, pesando
aproximadamente 25kg. Intervalo variando de 24 horas, 2, 4, 8, 16 e 78 semanas.
Figura 6: Desenho mostrando a localização do
defeito de 3,5 mm de diâmetro foi criado na parte
proximal da tíbia.
Fonte: FRANKENBURG, et al. 1998.

3. FractureGrout TM (Norian, US)
13
Resultado:
• Após 78 semanas, houve degradação de aproximadamente 34% do cimento ósseo e 26% de
formação óssea.
• As estruturas não perderam catastroficamente a integridade mecânica ao serem substituídas
lentamente. Embora observamos algumas fissuras que podem ter sido iniciadas por fatores
mecânicos durante o uso do membro pelo animal.
Figura 7: MEV de seções feitas em (a) 16 semanas, (b) 32 semanas e (c) 72 semanas.
a) b) c)
Fonte: FRANKENBURG, et al. 1998.

4. Bonesource® (Stryker, US)
Composição: Hidroxiapatita misturado com solução salina.
Modelo experimental: Avaliação de 23 cabras adultas, pesando aproximadamente 35-42kg.
Intervalo variando de 24 horas, 6 semanas, 6 meses, 1 ano e 2 anos.
• Um defeito padronizado foi criado em cada côndilo femoral medial usando um gabarito
personalizado que aceitou uma broca de 12 mm de diâmetro.
Fonte: WELCH, et al. 2002.

15
4. Bonesource® (Stryker, US)
Resultado:
• Após 2 anos, houve degradação de
aproximadamente 38% do cimento e
44% de formação óssea.
• A remodelação e substituição da HA
por osso novo não comprometeu a
integridade mecânica da placa
subcondral.
a)
b)
Figura 8: Fotomicrografia
do cimento ósseo: (a) após
6 meses e (b) após 2 anos.

16
5. Cementek® (Teknimed, FR)
Composição: O CPC consiste em 49% de fosfato tetracálcico, 38% de fosfato tricálcico-α e
13% de glicerofosfato de cálcio. A solução aquosa é composta de 32% de cal e 68% de ácido
fosfórico.
Modelo experimental: Avaliação de 35 mini-porcos dinamarqueses, pesando
aproximadamente 28-63kg. Intervalo variando de 6 semanas, 12 semanas e 52 semanas.
• Foram criados defeitos cilíndricos na metáfise proximal da tíbia, com 10 mm de
profundidade e diâmetro de 7,8 mm)
Fonte: SPIES, et al. 2010.

17
5. Cementek® (Teknimed, FR)
Resultado:
• Após 52 semanas, houve degradação de 91% do cimento ósseo e uma formação óssea de
30%.
• A diferente composição química (fosfato tricálcico-α é mais solúvel), características histológicas
e a maior microporosidade de CementekTM levou a uma maior degradação deste material
substituto.
• Excelente biocompatibilidade, osteocondutividade e bioatividade.
Fonte: SPIES, et al. 2010.

18
6.Biobon® (BiometMerck,GER)
Composição: O CPC consiste em 50% de fosfato de cálcio amorfo e 50% de fosfato triálcico
dihidratado.
Modelo experimental: Avaliação de 26 cabras machos castrados, pesando aproximadamente
45-55kg. Intervalo variando de 24h, 3 e 6 semanas, 12 e 18 meses.
• Foram criados defeitos subcondral cilíndricos na tíbia platô lateral, com 8 mm de diâmetro e
10 mm de profundidade.
Figura 9: Ilustração mostrando o defeito em
formato cilíndrico e o preenchimento com o
cimento ósseo Biobon ®.

19
6.Biobon® (BiometMerck,GER)
Resultado:
• Degradação de 96% em 6 meses com
formação de tecido fibroso entre o osso e o
cimento. Formação óssea de 38%.
• Devido a rápida degradação, houve
diminuição da rigidez da tíbia nas primeiras
semanas.
• Após 6 meses, houve recuperação da
rigidez da tíbia, garantindo integridade
mecânica.
Figura 10: Fotomicrografia mostrando o cimento
ósseo (cinza), formação óssea (roxo) e tecido fibroso
(branco).

20
7. HydroSet® (Stryker, US)
Composição: O pó contém 73% de fosfato tetracálcico (TTCP) e 27% de fosfato dicálcico
dihidratado (DCPD) e a solução composta por H2O, Na2HPO4 e polivinilpirrolidona (PVP)
(polímero com alta solubilidade em água).
Modelo experimental: Avaliação de ovelhas (não mencionou quantidade) em um intervalo de
12 semanas.
• Foram criados defeitos cilíndricos no côndilo medial femoral, com 15 mm de profundidade e
diâmetro de 8 mm.
Fonte: KENT, et al. 2016.

21
Resultado:
• Apresentou melhor resistência a compressão in vivo (94 Mpa) do que in vitro (25 Mpa).
• Apresentou taxa de crescimento ósseo de 1.191 (± 0.345) µm/dia.
• Boa degradação marginal, com surgimento de rachaduras e fissuras, que favoreceu o
crescimento ósseo.
7. HydroSet® (Stryker, US)
Fonte: KENT, et al. 2016.

22
8. Calcibon® (Biomet, GER)
Composição: 62.5% de fosfato tricálcico α (α-TCP), 26.8% de fosfato dicálcico dihidratado
(DCPD), 8.9% de calcita (CaCO3) , 1.8% de precipitado de HA.
Modelo experimental: Avaliação de 11 ovelhas, de 4 a 6 anos com peso de aproximadamente
62 kg. Foi utilizado um intervalo de 1 semana, 3, 6 e 12 meses.
• Foram alimentados com uma dieta restrita em cálcio e vitamina D por 7 meses para
desenvolver uma doença osteoporótica.
• Foi criado um defeito nas vértebras lombar (L1, L2, L4 e L5) com diâmetro de 5 mm.
Fonte: GALOVICH, et al. 2011.

23
Resultado:
• Após 12 meses, a formação óssea foi inferior ao padrão, devido à doença osteoporótica.
• Apenas degradação marginal.
• Não houve aumento de tensão ou rigidez comparado ao normal.
8. Calcibon® (Biomet, GER)
Fonte: GALOVICH, et al. 2011.
Tabela 1: Comparação da tensão e rigidez das
vértebras

24
9. Biopex-R® (Hoya Corp., Japão)
Composição: O pó contém 74,9% de a-TCP, 18% de fosfato de tetracálcio, 5% de fosfato
dicálcico di-hidratado, 2% de precipitado de HA e 0,1% de fosfato de magnésio. O líquido
contém 12% succinato dissódico, 5% de sulfato de condroitina de sódio, 0,3% de
hidrogenossulfato de sódio e 82,7% de água destilada.
Modelo experimental: Avaliação de 8 cachorros da raça Beagle, com 10 meses de idade e
peso de 9-12 kg.
• Foi criado um defeito ósseo com 7 mm de diâmetro e 45 mm de profundidade no fêmur
distal.
Fonte: YOMODA, et al. 2015.

25
Resultado:
• Contendo 15% sol-gel, o cimento foi
quase todo preenchido por osso na
metáfise (por ser osso trabecular).
• Formação óssea na marginal e no interior
do cimento.
• Excelente biodegradabilidade e
substituibilidade óssea.
Fonte: YOMODA, et al. 2015.
9. Biopex-R® (Hoya Corp., Japão)
Figura 13: Radiografia femoral de cimento com 10% e
15% de sol-gel.

26
CFC’s formadores de brushita
1. ChronOs® Inject (Synthes, EUA)
Composição: O pó contém 42% de fosfato tricálcico (β-TCP), 21% de fosfato monocálcico
monohidratado (MCPM), 31% de grânulos de β-TCP, 5% de hidrogenofosfato de magnésio tri-
hidratado e pequenas adições (<1%) de hidrogenopirofosfato de sódio e sulfato de magnésio
para controlar o tempo de presa. O componente líquido consistia em uma solução a 0,5% de
hialuronato de sódio.
Modelo experimental: Seis ovelhas adultas (3–5 anos de idade), fêmeas, da raça Alpina
Suíça, pesando 53,0–70,0 kg.
• Foi criado um orifício de perfuração na região proximal e distal do úmero e do fêmur.
Profundidade de 13 mm e diâmetro de 8 mm.

27
Resultado:
• Após 6 meses, 67% do cimento foi degradado e apresentou formação óssea de 55%.
• Os grânulos de β-TCP serviram com “âncora” para formação de osso.
1. ChronOs® Inject (Synthes, EUA)
Figura 14: Amostra de ChronOs® Inject após 6
meses. É possível observar os grânulos de β-TCP.

28
2. Experimental
Composição: O pó contém 73% de fosfato tricálcico (β-TCP), 21% de fosfato monocálcico
monohidratado (MCPM), 5% de hidrogenofosfato de magnésio tri-hidratado e pequenas
adições (<1%) de hidrogenopirofosfato de sódio e sulfato de magnésio para controlar o tempo
de presa. O componente líquido consistia em uma solução a 0,5% de hialuronato de sódio.
Modelo experimental: Nove ovelhas adultas (idade média de 2 ± 0,2 anos), fêmeas, da raça
Alpina Suíça, pesando entre 47,0 e 64,0 kg.
• Foi criado um orifício de perfuração na região proximal e distal do úmero e do fêmur.
Profundidade de 13 mm e diâmetro de 8 mm.
Fonte: RECHENBERG, et al. 2013.

29
Resultado:
• Degradação de 97% do cimento ósseo e formação óssea de 60%.
• Reabsorção ocorreu por meio dos macrófagos.
2. Experimental
Fonte: RECHENBERG, et al. 2013.

30
3. Experimental
Composição: Cimento bifásico, composto por uma matriz Fosfato Dicálcico Dihidratado
(DCPD) e grânulos de fosfato tricálcico (β-TCP). Por ser um processo de patente, não foi
fornecido quantidade. O pó foi misturado com uma solução de 0,4% de ácido hialurônico.
Modelo experimental: Seis ovelhas adultas (idade média de 2,5 anos), fêmeas, da raça
Alpina Suíça, pesando entre 47,0 e 64,0 kg.
• Foi criado um orifício de perfuração na região distal do fêmur. Profundidade de 16 mm e
diâmetro de 8 mm.
Fonte: GISEP, et al. 2002.

31
Resultado:
• A matriz DCPD degradou-
se mais rápido, e o β-TCP
serviu como âncora para
formação de osso ao seu
redor.
• Osso em formação pode
usar esses grânulos para
orientação e crescer em
torno deles.
Figura 16: Micrografias de fluorescência dos processos de remodelação e
reabsorção óssea do cimento experimental após 8 (a) e 20 semanas (b).
3. Experimental
Fonte: GISEP, et al. 2002.

Conclusões 32
Apatitas
• Ocorre uma degradação de forma lenta, geralmente limitada somente pela interface osso-
cimento. Porém, apresenta propriedades mecânicas melhores.
Brushita
• Ocorre uma degradação de forma rápida, tanto pela dissolução passiva quanto pela
atividade celular. Porém, ocorre a conversão do cimento em HA, desacelerando a reação.

33
Prós e contras do trabalho
Prós
• Apresentou vários tipos de cimentos ósseos em que foi possível perceber as diferentes
propriedades entre eles.
Contras
• Apresentou de maneira bastante resumida.

34
Trabalhos futuros
• Controle na taxa de degradação, já que é algo imprevisível, pois depende de vários
aspectos.
• Combinação de CPC com antibióticos em implantes, para tratamento ou prevenir infecções.

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