Notícia

Novo estudo esclarece a corrosão de ligas biorreabsorvíveis de magnésio para implantes

Divulgação, ETHZ

Fonte

ETHZ |  Instituto Federal de Tecnologia de Zurique

Data

quarta-feira, 30 outubro 2019 08:15

Áreas

Biomateriais. Biomecânica. Ciência dos Materiais. Implantes. Ortopedia.

O magnésio e suas ligas estão sendo cada vez mais utilizados na cirurgia ortopédica, principalmente como implantes de osteossíntese, como parafusos ou placas, e como stents cardiovasculares para expandir vasos sanguíneos coronários obstruídos.

Esse metal leve tem a grande vantagem de ser bioabsorvível – em contraste com o comportamento de materiais de implantes convencionais, como aço inoxidável, titânio ou polímeros. Isso torna desnecessária uma segunda cirurgia para remover um implante do corpo. Além disso, é atraente o fato de o magnésio promover o crescimento ósseo e, portanto, apoiar ativamente a cicatrização de fraturas.

O magnésio puro, como tal, é macio demais para ser utilizado em aplicações cirúrgicas, e elementos de liga devem ser adicionados para aumentar sua resistência. Geralmente, são elementos de terras raras, como ítrio ou neodímio. No entanto, esses elementos são estranhos ao corpo humano e podem se acumular nos órgãos durante a degradação do implante, com conseqüências até agora desconhecidas. Eles são, portanto, particularmente inadequados para aplicações em cirurgia pediátrica.

Implementando uma nova família de ligas

Pesquisadores do Laboratório de Física e Tecnologia dos Metais do Instituto Federal de Tecnologia de Zurique (ETHZ), liderados pelo professor Dr. Jörg F. Löffler, desenvolveram uma nova família de ligas que, além do magnésio, contêm apenas os elementos de liga zinco e cálcio, intencionalmente com conteúdo inferior a 1%.

O zinco e o cálcio são, como o magnésio, também biocompatíveis e podem ser reabsorvidos pelo corpo humano. Após um processamento específico, as novas ligas formam precipitados de tamanho e densidade variados, compostos pelos três elementos. Esses precipitados, que têm apenas algumas dezenas de nanômetros, são essenciais para melhorar as propriedades mecânicas e podem influenciar a taxa de degradação.

Apesar desses resultados promissores, um fator importante ainda dificulta a ampla implantação dessas ligas biocompatíveis de magnésio em aplicações cirúrgicas: pouco se sabe sobre os mecanismos pelos quais esses materiais se degradam no corpo sob as chamadas condições fisiológicas e não existem previsões ​​de quanto tempo tal implante permanecerá no corpo humano.

Monitorando alterações em nanoescala

Usando microscopia eletrônica de transmissão analítica (TEM), o Dr. Jörg Löffler e seus colegas Martina Cihova e  Dr. Robin Schäublin conseguiram monitorar em detalhes as mudanças estruturais e químicas nas ligas de magnésio sob condições fisiológicas simuladas em escalas de tempo de alguns segundos a até várias horas, com resoluções até agora não alcançadas de alguns nanômetros. Os resultados foram recentemente publicados na revista científica Advanced Materials.

Com a ajuda da moderna tecnologia TEM, os pesquisadores conseguiram documentar um mecanismo até agora não observado que governa significativamente a dissolução dos precipitados na matriz de magnésio. Eles observaram – praticamente em tempo real – como os íons cálcio e magnésio se dissolvem dos precipitados uma vez em contato com o fluido corporal simulado, enquanto os íons zinco permanecem estáveis ​​e se acumulam. A mudança contínua resultante na composição química dos precipitados, denominada “desalojamento”, gera uma mudança dinâmica em sua atividade eletroquímica e acelera a degradação geral da liga de magnésio.

“Essa descoberta anula um dogma que supunha que a composição química dos precipitados nas ligas de magnésio permanece inalterado”, diz o Dr. Löffler. Essa suposição anterior levou a previsões falsas sobre os tempos de degradação. “O mecanismo que relatamos parece ser universalmente válido e esperamos que ocorra em outras ligas de magnésio e em outros materiais ativos que contêm precipitados intermetálicos”, acrescenta Martina Cihova, doutoranda e primeira autora do estudo.

Graças às novas descobertas, agora é possível projetar ligas de magnésio de modo que sua taxa de degradação no corpo possa ser melhor prevista e controlada com mais precisão. Esse é um avanço essencial, considerando que os implantes de magnésio podem se degradar muito mais rápido em crianças do que em adultos e que a degradação dos stents precisa ser significativamente mais lenta que a das placas ou parafusos ósseos. “Ao reunir conhecimento detalhado dos mecanismos de corrosão atuantes, demos um passo fundamental para adaptar as ligas de magnésio a diferentes pacientes e aplicações médicas”, comenta Martina Cihova. Para fortalecer ainda mais a compreensão dos mecanismos de corrosão, sua pesquisa de pós-doutorado agora se concentrará em análises por microscopia eletrônica de implantes de magnésio in vivo.

Acesse o resumo do artigo científico (em inglês).

Acesse a notícia completa na página do Instituto Federal de Tecnologia de Zurique (ETHZ) (em inglês).

Fonte: Peter Rüegg, ETHZ. Imagem: Divulgação, ETHZ.

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