Notícia

Novo equipamento de testes permite a simulação do comportamento de implantes ósseos no corpo

Divulgação, Universidade Técnica de Darmstadt

Fonte

Universidade Técnica de Darmstadt

Data

terça-feira, 24 setembro 2019 13:50

Áreas

Engenharia Biomédica. Biomecânica. Ortopedia. Próteses.

As articulações do quadril e do joelho em titânio e outros implantes em material polimérico já aliviam muitos pacientes da dor. No entanto, muitos usuários de tais próteses sofrem complicações, por exemplo, quando a osteointegração não acontece corretamente. “O que exatamente acontece no corpo após a colocação do implante ainda não é completamente conhecido”, diz a cientista de materiais Dra. Anne Martin, do Departamento de Engenharia Mecânica da Universidade Técnica de Darmstadt, na Alemanha. Juntamente com seu ex-colega Dr. Markus König e pesquisadores do Departamento de Biologia liderados pela Dra. Bianca Bertulat, ela desenvolveu um sistema modelo que se destina a simular os primeiros dias após a inserção de um implante ósseo no corpo humano.

O período pós-cirúrgico é considerado de particular importância para o processo de osteointegração, pois é o momento em que as células endógenas colonizam o implante e, idealmente, facilitam sua integração no corpo. “A superfície dos implantes desempenha um papel fundamental”, enfatiza a Dra. Anne Martin. Ao aplicar uma solução que se assemelha aos fluidos corporais, os pesquisadores desejam descobrir o quão atraente é uma determinada superfície para as células. “O umedecimento adequado significa que a superfície e o fluido são compatíveis.” O quanto a superfície pode ficar úmida depende, entre outras coisas, do tipo de superfície e é um dos requisitos básicos para a deposição de células. Ou seja, apenas com uma certa rugosidade, as células se acomodam bem e se desenvolvem na direção certa.

O titânio é o material mais comum para implantes ósseos. No entanto, não é o ideal, pois o metal é significativamente mais rígido que nossos ossos. “Se o implante faz todo o trabalho, o tecido corporal endógeno nas proximidades não é mais usado e se degrada”, explica a Dra. Anne Martin. Isso é possivelmente uma causa para o afrouxamento das endopróteses. Enquanto isso, uma alternativa comum ao titânio são os materiais sintéticos, como o PEEK (poli-éter-éter-cetona), que possuem propriedades mecânicas semelhantes às dos ossos reais. Já existem também implantes PEEK revestidos com titânio.

No entanto, qual implante é melhor para os pacientes? Ainda não existe uma resposta clara para essa pergunta. Essa foi a motivação dos tecnólogos e biólogos de materiais da Universidade Técnica de Darmstadt para examinar melhor os vários materiais usados ​​para a substituição óssea. O foco do projeto é a interação entre células vivas e a superfície dos implantes. Para esse fim, a equipe interdisciplinar desenvolveu uma câmara de teste compacta chamada SuBiTU (unidade de teste de biologia de superfície), cujo pedido de patente já foi depositado. As amostras são expostas a células vivas e a uma solução nutritiva. O mais inteligente do sistema: a tampa da câmara possui uma pequena janela de vidro através da qual as células podem ser observadas com um microscópio.

“Nosso objetivo com o SuBiTU é mapear processos semelhantes aos do corpo”, enfatiza o Dr. Tom Engler, chefe do grupo de competência em tecnologia de superfície de Darmstadt. Assim, um sistema de perfusão que fornece continuamente às células um nutriente da mesma forma que os fluidos corporais pode ser conectado à câmara. A influência dos níveis de açúcar no sangue e outros parâmetros também pode ser examinada dessa maneira. Além disso, os biólogos desenvolveram uma tecnologia que permite que as células da câmara cresçam não apenas bidimensionalmente como na placa de Petri, mas também tridimensionalmente como no corpo humano. Portanto, eles aplicam uma gota de colágeno nas amostras de implantes, formando uma rede na qual as células podem se orientar. “Nosso objetivo com testes realistas é reduzir o número de experimentos com animais.” Até agora, não havia possibilidade de investigar as interações ao vivo. entre as células e as superfícies do implante em condições semelhantes ao corpo por um período de vários dias. Todos os sistemas disponíveis para a microscopia de células vivas são simplesmente muito pequenos para o exame de materiais de implantes.

Outras modificações também podem ser incorporadas: “As superfícies podem ser projetadas de forma a liberar substâncias, o que incentiva a adesão das células ou tem um efeito anti-inflamatório”, diz o Dr. Engler. Um revestimento de prata fino, por exemplo, tem um efeito antibacteriano, enquanto certas proteínas promovem o crescimento celular. Os medicamentos também podem ser ancorados na superfície. Há muitas idéias – e com a nova câmara de teste, sua adequação pode finalmente ser testada sob condições semelhantes às do corpo humano.

Acesse a notícia completa na página da Universidade Técnica de Darmstadt (em inglês).

Fonte: Uta Neubauer, Universidade Técnica de Darmstadt. Imagem: Divulgação, Universidade Técnica de Darmstadt.

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