|
Os implantes atuais são geralmente feitos com o próprio osso do paciente, chamados autoenxertos, ou com materiais metálicos e cerâmicos. Os autoenxertos requerem uma cirurgia adicional para a recolha do tecido ósseo, o que aumenta o tempo de recuperação e o risco cirúrgico. Os implantes metálicos também podem causar problemas, pois são muito mais rígidos do que o osso natural e podem soltar-se com o tempo, reduzindo a estabilidade a longo prazo.
Desenhar Implantes Ósseos que Funcionam com a Biologia
O osso é muito mais complexo do que aparenta. Contém inúmeros túneis microscópicos e espaços ocos essenciais para a sua resistência e função. "Para uma cicatrização adequada, é vital que a biologia seja incorporada no processo de reparação", afirma Xiao-Hua Qin, Professor de Engenharia de Biomateriais na ETH Zurique. O sucesso da reparação óssea depende da migração de múltiplos tipos de células para o implante, que depois trabalham em conjunto para construir novo tecido.
Para melhor se adequar a esta complexidade biológica, Qin e a sua equipa, juntamente com o professor Ralph Müller da ETH, desenvolveram um novo tipo de hidrogel concebido para futuros implantes ósseos. O material macio, com uma textura semelhante à da gelatina, dissolve-se gradualmente dentro do corpo e pode, eventualmente, permitir implantes personalizados para cada paciente. As suas descobertas foram recentemente publicadas na revista Advanced Materials.
Inspirado no Processo Natural de Cicatrização do Corpo
Quando um osso se parte, o corpo não cria tecido duro imediatamente. Em vez disso, forma uma estrutura macia e permeável. Nos primeiros dias após a lesão, desenvolve-se um hematoma ou contusão no local da fratura. Esta estrutura temporária permite que as células imunológicas e de reparação se movam para dentro, ao mesmo tempo que fornecem nutrientes. Uma rede de fibrina mantém estas células unidas. Com o tempo, esta estrutura flexível transforma-se lentamente em osso sólido.
O hidrogel recentemente desenvolvido foi concebido para imitar esta fase inicial de cicatrização. É constituído por 97% de água e 3% de polímero biocompatível. Para controlar quando e onde endurece, os investigadores adicionaram duas moléculas especializadas. Uma delas liga as cadeias de polímero, enquanto a outra reage quando exposta à luz, desencadeando o processo de solidificação.
Wanwan Qiu, ex-aluna de doutoramento de Qin e Müller, criou a molécula de ligação especificamente para este fim. "Permite a estruturação rápida de hidrogéis na gama submicrométrica", diz. Quando os impulsos de laser de um comprimento de onda específico atingem o material, as cadeias de polímero ligam-se imediatamente e formam uma estrutura sólida. As áreas não expostas ao laser permanecem macias e podem ser removidas posteriormente.
Impressão a laser em nanoescala bate recordes
Utilizando esta técnica, a equipa consegue moldar o hidrogel com detalhes excecionais. O laser pode criar estruturas tão pequenas como 500 nanómetros.
"Os hidrogéis assemelham-se a gelatina, o que os torna difíceis de moldar", diz o professor Qin, da ETH. "Com a nossa molécula de ligação recentemente desenvolvida, podemos agora não só estruturar o hidrogel de forma estável e extremamente fina, como também produzi-lo a altas velocidades de escrita de até 400 milímetros por segundo. Este é um novo recorde mundial."
Nas suas experiências, os investigadores produziram estruturas de hidrogel altamente detalhadas, modeladas a partir de ossos reais. Usando imagens médicas como guia, recriaram a delicada estrutura conhecida como trabéculas, que confere resistência interna ao osso.
O próprio osso natural contém uma impressionante rede de canais preenchidos por fluido, com apenas nanómetros de largura. "Um pedaço de osso do tamanho de um dado contém 74 quilómetros de túneis", afirma Qin. Para comparação, o Túnel de Base de Gotthard, o túnel ferroviário mais longo do mundo, tem 54 quilómetros de comprimento.
Testes iniciais em laboratório mostram resultados promissores
Até à data, o material foi avaliado apenas em experiências de laboratório. Em estudos in vitro, as células formadoras de osso migraram rapidamente para o hidrogel estruturado e começaram a produzir colagénio, um componente fundamental do osso. Os investigadores confirmaram ainda que o material é biocompatível e não prejudica estas células. O material base foi patenteado e a equipa pretende disponibilizá-lo aos fabricantes de dispositivos médicos.
O objetivo final é levar implantes à base de hidrogel para uso clínico na reparação de fraturas ósseas. Pesquisas adicionais são ainda necessárias. Qin está a preparar estudos com animais em parceria com o Instituto de Investigação AO de Davos. Estes testes irão examinar se o material favorece a movimentação das células formadoras de osso dentro dos organismos vivos e se pode restaurar a resistência óssea ao longo do tempo.
Fonte: ETH Zurich / ScienceDaily
Foto:Gemini IA
|
