Interaction between a flowable platelet-rich fibrin and particulate biomaterials or zirconia surfaces: morphological and tribological assessment

Abstract

O objetivo deste estudo foi realizar uma caracterização morfológica e tribológica da fibrina rica em plaquetas (PRF) fluida após interação com biomateriais particulados e recobrimento de superfícies de zircônia tetragonal policristalina estabilizada por ítria (YTZP) para implantes. O PRF foi preparado a partir de sangue colhido e imediatamente centrifugado a 2700 rpm (408 g), de acordo com o protocolo IntraSpin. A centrifugação foi de 3 minutos para obtenção do PRF fluido e de 12 minutos para obter as membranas de PRF. A microscopia eletrônica de varredura (MEV) foi a técnica usada para caracterizar a densidade da rede de fibrina, o diâmetro da fibra de fibrina, as células sanguíneas e a distribuição de partículas de enxerto ósseo embutidas no bloco de PRF. Os testes tribológicos foram realizados em três diferentes superfícies de zircônia (YTZP): i) jateada e condicionada por ataque ácido (ZLA); ii) texturizada a laser de forma aleatória (RD); e iii) texturizada a laser com um padrão de 16 linhas e 8 passagens (L16N8). Os coeficientes de atrito (COF) das amostras cobertas ou não com PRF fluido foram avaliados por testes de deslizamento linear recíproco contra osso femoral bovino usando um tribômetro do tipo pin-on-disc. O volume de desgaste foi calculado a partir de imagens MEV usando um modelo matemático, bem como medindo a perda de peso das amostras. Imagens obtidas por microscopia SEM revelaram uma rede de fibrina tridimensional com a presença de linfócitos e plaquetas após aglomeração dos materiais de enxerto ósseo particulado e após recobrir superfícies de zircônia. Imagens revelaram o recobrimento das irregularidades da superfície de zircônia pela rede de fibrina tridimensional. Os valores médios de COF para os grupos de teste ZLA e L16N8 (com PRF) foram menores quando comparado aos grupos sem PRF (grupo controle). No grupo RD, foram obtidos valores de COF semelhantes para os grupos teste e controle. Os resultados não mostraram diferenças significativas (p > 0,05) nos valores de COF para as amostras ZLA, RD e L16N8, tanto com como sem PRF. Em defeitos ósseos maiores, o PRF deve ser misturado com um biomaterial particulado de enxerto de baixa taxa de reabsorção para manter a estabilidade biológica e mecânica no defeito ósseo. A distribuição de partículas de biomaterial e a viscosidade da mistura entre PRF e biomaterial depende do tamanho, concentração e formato das partículas. Sobre superfícies de zircônia, a rede fibrina foi responsável por uma menor fricção entre zircônia e osso bovino tendo, portanto, um papel lubrificante. Além disso, a textura da zircônia pode melhorar a retenção da rede de fibrina rica em leucócitos e plaquetas para acelerar o processo de osseointegração dos implantes de zircônia.

Abstract: The aim of this study was to perform a morphological and tribological characterization of a flowable platelet-rich fibrin (PRF) after interaction with bioactive particulate materials or coating yttria stabilized tetragonal zirconia polycrystals? surfaces for implants. PRF was prepared from collected blood and immediately centrifuged at 2700 rpm (408 g) according to the IntraSpin protocol. Time of centrifugation was 3 minutes to obtain the fluid PRF and 12 minutes to obtain the PRF membranes. Scanning electron microscopy (SEM) microscopy was used to characterize the fibrin network density, fibrin fiber diameter, blood cells, and bone graft particle distribution embedded in the PRF block. Tribological tests were performed on three different zirconia surfaces: i) gritblasted and acid-etched (ZLA); ii) laser- textured with a randomly topographic pattern (RD); or iii) with a 16-line and 8-passage pattern (L16N8). The coefficient of friction (COF) of samples covered or not with flowable PRF were assessed after reciprocating sliding wear testing against bovine femoral bone using a pin-on- plate tribometer. The wear volume was calculated from SEM images using a mathematical model as well as by weight loss measurement of the specimens. SEM images revealed a three-dimensional fibrin network that agglomerated particulate graft bioactive materials and lymphocytes, platelets, and red blood cells. On zirconia, the fibrin network covered the micro-scale peaks and valleys of the textured zirconia surfaces. COF mean values recorded for ZLA and L16N8 test groups (with PRF) were lower when compared to the surfaces free of PRF (control groups). Similar COF mean values were recorded for test and control groups within the RD group. Results did not show significant differences (p > 0.05) in COF mean values for ZLA, RD, and L16N8 specimens, with or without PRF. On larger bone defects, PRF should be mixed with a low resorption rate graft material to maintain biological and mechanical stability into the bone defect. The distribution of particulate graft biomaterial particles and flowing of the PRF block depends on the size, content, and shape of the graft particles. On zirconia, the fibrin network coating was responsible for a low friction between gritblasted or texturized zirconia surfaces against bovine bone, thus providing a lubricant role. Furthermore, the topographic aspects of the zirconia surfaces can increase the adhesion of the fibrin network enriched with leukocytes and platelets to speed up the osseointegration process of zirconia implants.