Desenvolvidos na década de 70 (Hench et al., 1972), os vidros bioativos (VB)
são cerâmicas à base de sílica na superfície ativa (SiO2, CaO, Na2O e P2O5) e são
utilizados como um material de enxerto ósseo para o prenchimento e reconstrução dos defeitos ósseos e periodontais (Wilson; Low, 1992; Deforge, 1997; Wheeler et al., 1997). Eles são semelhantes aos substitutos ósseos, tais como hidroxiapatita
(HA) e fosfato tricálcico (TCP), que são altamente biocompatíveis, e também possuem propriedades osteocondutoras (Homaeigohar et al., 2005; Carinci et al.,
Materiais bioativos foram definidos com base em uma resposta biológica específica provocada quando implantado no tecido. Este conceito é baseado no controle da química de superfície do material. Reações que ocorrem na superfície de vidros bioativos levam à formação de uma camada de gel de sílica e a cristalização subsequente da apatia hidroxicarbonada (HCA) (Clark et al., 1976; Ogino et al.,
1980), que atrai células osteoprogenitoras e osteoblastos, estimula a proliferação e diferenciação dessas células e auxilia na integração ao tecido do hospedeiro, estimulando assim a formação óssea. Adicionalmente, os materiais bioativos são capazes de liberar produtos iônicos que podem afetar as respostas celulares, pois criam um ambiente favorável para a proliferação dos osteoblastos e diferenciação in vivo.
Uma propriedade importante dos vidros bioativos é a liberação de sílica (Si) solúvel, que quando expostos aos fluidos biológicos tem-se como resultado uma permuta iônica com H+ que leva à alcalinização externa, o que pode influenciar profundamente o metabolismo e função celular (Busa; Nuccitelli, 1984). Esta alcalinização do meio aumenta o metabolismo das células osteoblásticas, enquanto esses efeitos metabólicos são menores em fibroblastos (Silver et al., 2001). Além
disso, a liberação controlada de Ca e Si solúveis a partir de compostos poliméricos de vidro bioativo reabsorvível leva a regeneração dos tecidos moles vascularizados (Hench et al., 2004).
Uma das vantagens dos vidros bioativos é a sua utilização como matriz para o crescimento de tecido in vitro (Ducheyne et al., 1994; El-Ghannam et al., 1995; Loty et al., 2001). Esses materiais parecem preencher a maioria dos critérios exigidos
como um arcabouço adequado para suportar o crescimento do tecido ósseo.
Vários estudos in vitro têm demonstrado a não toxicidade do vidro bioativo e a
sua influência na proliferação e diferenciação de osteoblastos (Matsuda; Davies 1987; Vrouwenvelder et al., 1992; El-Ghannam et al., 1997a; b; Price et al., 1997), a
capacidade inibitória sobre a proliferação de fibroblastos (Matsuda et al., 1987) e a
indução de focos de calcificação nos fibroblastos do ligamento periodontal (Hench; Paschall, 1974).
Considerando que os vidros bioativos são utilizados em defeitos ósseos periodontais (Wilson; Low, 1992), tem sido analisado o efeito desses materiais na diferenciação dos fibroblastos do ligamento periodontal humano (hPDLF) (Varanasi
aumentam a expressão de marcadores osteogênicos (por exemplo, colágeno I, fosfatase alcalina e osteocalcina) importantes para a diferenciação celular (Xynos et al., 2001; Foppiano et al., 2007; Varanasi et al., 2009).
Estudos mostraram que embora a proliferação celular tenha diminuído na presença do vidro bioativo e vitamina D3, a atividade de fosfatase alcalina e formação de nódulos mineralizados em culturas de fibroblastos do ligamento periodontal aumentaram (Kubo et al., 1993). Além disso, altas concentrações de
cálcio e de silício liberadas a partir do vidro bioativo foram detectados no meio de cultura (Kubo et al., 1995), o que diz respeito à formação de nódulos sobre as
células do ligamento periodontal (Kubo et al., 1997).
O vidro bioativo promove o crescimento e a maturação de osteoblastos de rato (Effah Kaufmann et al., 2000) e humano (Bosetti et al., 2003), além da expressão e
manutenção do fenótipo osteoblástico, sugerindo que existe tanto os eventos de superfície bem como os efeitos mediados por solução sobre atividade de células estromais de medula óssea de ratos in vitro (Radin et al., 2005). Além disso,
evidências de estudos animais sugerem que eles também podem aumentar a formação óssea em sítios de implantação in vivo (Oonishi et al., 1997).
Células osteoblásticas MC3T3-E1 cultivadas em discos contendo sílica 45% apresentaram maior capacidade proliferativa, mas mostraram expressão limitada do fenótipo osteoblástico quando comparado com discos de hidroxiapatita sem sílica (El-Ghannam et al., 1997b).
Tem sido relatado que a formação de nódulos ósseos ocorre quando células derivadas de osso humano são cultivadas durante longos períodos de tempo na presença de ácido ascórbico e/ou β-glicerofosfato, porém a formação de nódulos ósseos calcificados pode ser detectada na cultura sobre o vidro bioativo, sem qualquer um dos suplementos osteoindutores no meio de cultura (Beresford et al., 1993).
A adição de grânulos de vidro bioativo também pode servir para reforçar e endurecer a matriz polimérica para produzir um substrato composto bioativo e biodegradável. Diferenças significativas foram observadas na síntese de colágeno tipo I e na mineralização de células osteoblásticas entre a matriz polimérica composta e as superfícies controles de poliestireno (Lu et al., 2003).
As formulações disponíveis de vidro bioativo variam em forma, composição e tamanho (Pereira et al., 1994; El-Ghannam et al., 1997a). O BiogranTM (Orthovita, Implant Innovations, Palm Beach Gardens, Flórida, EUA) é um vidro bioativo amorfo reabsorvível
de partículas com tamanho de aproximadamente 300-355 mm de diâmetro (Tadjoedin et al., 2000). Ele é composto de dióxido de silícia 45% (SiO2), óxido de cálcio 24,5% (CaO),
óxido de sódio 24,5% (NaO2), e pentóxido de fósforo 6% (P2O5). Tem sido demostrado
sua influência positiva na reparação óssea, não só pelas propriedades osteocondutoras das partículas, mas também pelo seu potencial osteostimulatório definido como a formação de osso dentro de defeitos periodontais com as partículas biovidro longe das pré-existentes paredes do defeito ósseo (Schepers; Ducheyne, 1997). Este material parece reabsorver por dissolução e não de pela atividade osteoclástica (Furusawa e Mizunuma 1997; Schepers e Ducheyne 1997; Tadjoedin et al. 2000; Al Ruhaimi 2001).
Com efeito, estudos clínicos e histológicos indicaram resultados satisfatórios com o uso desse material no tratamento de defeitos periodontais infraósseos e de bifurcação (Fetner et al., 1994; Froum et al., 1998; Karatzas et al., 1999; Mengel et al., 2003; Villaca et al., 2005). Apesar disso, as partículas de vidro bioativo não
interagem apenas com a matriz óssea, mas também com componentes de matriz não mineralizada. Alterações importantes foram observadas nos aspectos estruturais da medula óssea com a presença de partículas de vidro bioativo, com o aumento expressivo de feixes de fibras colágenas e redução da celularidade, indicando um possível efeito sobre a atividade de células fibroblásticas (Roriz et al., 2010).
Os mecanismos celulares que conduzem à exposição de vidros bioativos para reparação tecidual ainda não são completamente entendidos (Sun et al., 2007),
porém essas descobertas têm potenciais implicações para a engenharia tecidual, onde substratos de vidro bioativos poderiam ser usados como suporte e/ou estímulo para a formação de tecido ósseo in vitro.