Notícia

Novo biomaterial para impressão de ossos em 3D

Adam E. Jakus

Fonte

Universidade Northwestern

Data

domingo, 2 outubro 2016 15:30

Áreas

Biomecânica. Ortopedia. Biomateriais. Regeneração. Biocompatibilidade.

Uma equipe de pesquisa da Universidade Northwestern, nos Estados Unidos, desenvolveu um material para impressão 3D que produz um implante ósseo sintético que induz rapidamente a regeneração e o crescimento ósseo. Este material “ósseo” hiperelástico, que pode ser facilmente personalizado, poderá ser especialmente útil para o tratamento de defeitos ósseos em crianças.

A cirurgia de implante ósseo nunca é um processo fácil, mas é particularmente dolorosa e complicada para as crianças. Tanto para adultos quanto para crianças, o enxerto ósseo é frequentemente retirado de outras partes do corpo para substituir o osso danificado, o que pode levar a outras complicações e provocar muita dor no paciente. Implantes metálicos são usados ​​às vezes, mas esta não é uma solução permanente para crianças (em crescimento).

“Os adultos têm mais opções quando se trata de implantes”, disse a Dra. Ramille Shah, que liderou a pesquisa. “Os pacientes pediátricos não. Se você lhes indicar um implante permanente, você tem que fazer mais cirurgias no futuro à medida que crescem. Eles podem enfrentar anos de dificuldades”.

A Dra. Ramille e sua equipe têm como objetivo mudar a natureza dos implantes ósseos, e eles querem sobretudo ajudar os pacientes pediátricos. A Dra. Ramille é professora assistente de ciência dos materiais nas Escolas de Engenharia e de Medicina da Universidade Northwestern.

O novo estudo, avaliando o material com células estaminais humanas e em modelos animais, foi publicado na última semana de setembro pela revista Science Translational Medicine. O Dr. Adam Jakus, que faz pós-doutorado no laboratório da Dra. Ramille Shah, é o primeiro autor da publicação.

O novo biomaterial para impressão 3D produzido pela equipe da Dra. Ramille é uma mistura de hidroxiapatita (um mineral de cálcio encontrada naturalmente no osso humano) e um polímero biocompatível e biodegradável, que é utilizado em muitas aplicações médicas, incluindo suturas. O material “ósseo” hiperelástico produzido mostrou ser promissor em modelos animais in vivo; este sucesso se deve às propriedades únicas da estrutura impressa. O novo biomaterial é hiperelástico, robusto e poroso nos níveis nano, micro e macro.

“A porosidade é fundamental quando se trata de regeneração de tecidos, porque você quer que células e vasos sanguíneos se infiltrem na estrutura“, disse a Dra. Ramille Shah. “A nossa estrutura 3D tem diferentes níveis de porosidade, o que é vantajoso para as suas propriedades físicas e biológicas“.

A hidroxiapatita induz a regeneração óssea, mas também é um material de difícil manipulação: como uma cerâmica, é um material duro e frágil. O novo biomaterial proposto pelos pesquisadores da Universidade Northwestern, no entanto, é composto por 90 por cento em peso de hidroxiapatita e apenas 10 por cento em peso de polímero, e mantém a sua elasticidade devido à maneira como a sua estrutura é concebida e impressa. A alta concentração de hidroxiapatita cria um ambiente que induz a regeneração óssea rápida.

“As células podem sentir a hidroxiapatita e responder à sua bioatividade”, disse a Dra. Ramille. “Quando você coloca as células-tronco nas nossas estruturas, elas se transformam em células ósseas e começam a regular a expressão de genes específicos do osso. Isto é, na ausência de quaisquer outras substâncias osteo-indutoras. É apenas a interação entre as células e o material em si “.

Isso não quer dizer que outras substâncias não possam ser combinadas para a impressão 3D. Uma vez que o processo de impressão 3D é realizado à temperatura ambiente, a equipe de pesquisa foi capaz de incorporar outros elementos, tais como antibióticos, no material.

“Nós podemos incorporar antibióticos para reduzir a possibilidade de infecção após a cirurgia“, disse a Dra. Ramille. “Também é possível combinar o material com diferentes tipos de fatores de crescimento, se necessário, para melhorar ainda mais a regeneração. É realmente um material multifuncional“.

Uma das maiores vantagens, no entanto, é que o produto final pode ser personalizado para o paciente. Em cirurgias de transplante ósseo tradicionais, o osso – depois que ele é retirado de outra parte do corpo – tem que ser moldado para encaixar exatamente na área onde é necessário. Usando o novo material sintético, é possível digitalizar o volume necessário e produzir a impressão 3D como um produto personalizado para o paciente. Alternativamente, devido às suas propriedades mecânicas, o biomaterial também pode ser facilmente aparado ou cortado para o tamanho e forma necessários durante um procedimento.

Acesse o resumo do artigo científico (em inglês).

Fonte: Megan Fellman e Amanda Morris, Universidade Northwestern.  Imagem: Adam E. Jakus.

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