Cientistas dos EUA criam enxerto hiperelástico para ser usado em cirurgias de regeneração óssea

Segundo eles, a solução impressa em 3D amplia as possibilidades de desenvolvimento de implantes personalizados

por Paloma Oliveto 19/10/2016 15:00

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Adam E. Jakus / Divulgação
Crânio humano feito com o novo material: testes em voluntários devem ocorrer nos próximos cinco anos (foto: Adam E. Jakus / Divulgação)
Uma das maiores apostas da medicina regenerativa é a impressão 3D. A técnica, além de dispensar um doador de órgãos, evita rejeição e pode ajudar a reconstituir tecidos mais difíceis de serem substituídos, como o ósseo. Na edição desta semana da revista Science Translational Medicine, uma equipe de pesquisadores norte-americanos apresentou uma novidade que, de acordo com eles, pode revolucionar uma série de tratamentos, desde o implante dentário à cirurgia na espinha dorsal. Os cientistas desenvolveram um material sintético que, usado como a “tinta” da impressora, resulta em um tecido que vai estimular o novo crescimento ósseo. Até agora, os testes em ratos e macacos foram bem-sucedidos. Nos próximos cinco anos, devem ter início os estudos com seres humanos.

Segundo os pesquisadores responsáveis pela técnica, diferentemente de outros enxertos ósseos, o novo biomaterial é elástico e resistente, regenera os ossos sem necessidade de acrescentar fatores de crescimento (substâncias que estimulam a proliferação celular) e podem ser aplicados facilmente na sala de cirurgia. Em uma coletiva de imprensa transmitida pela internet, eles destacaram que a descoberta abre caminho para implantes personalizados e de baixo custo para tratamentos odontológicos, plásticos e reconstrutivos. “Os enxertos ósseos que vêm sendo desenvolvidos são geralmente muito quebradiços para serem moldados e manipulados pelos cirurgiões, apresentam risco de rejeição uma vez dentro do corpo ou podem ser muito caros ou difíceis de manufaturar”, justifica Adam Jukus, do Departamento de Ciências Materiais e Engenharia da Universidade de Northwestern, principal autor do artigo.

Para superar essas dificuldades, os pesquisadores criaram um osso sintético hiperelástico feito basicamente de cerâmica — material que contém minerais encontrados em dentes e ossos verdadeiros — e polímero. O biomaterial, batizado de HB, foi impresso em diversos formatos. Além disso, os cientistas disseram que não tiveram dificuldades para cortá-lo, dobrá-lo ou suturá-lo. Implantado em animais de laboratório, ele se integrou rapidamente aos tecidos próximos, estimulando a regeneração de áreas lesionadas. No caso dos ratos, os testes foram feitos na medula espinhal. Em macacos rhesus, o HB sarou um defeito no osso da caveira após quatro semanas, sem provocar infecções ou outros efeitos colaterais.

“Esse trabalho representa o que pode ser o novo grande avanço na cirurgia ortopédica, craniofacial e pediátrica, no sentido de reparar e regenerar ossos”, disse, na coletiva, Ramille Shah, bioengenheira de tecidos da Universidade de Northwestern e participante do estudo. De acordo com ela, apesar de 98% da composição do HB ser a cerâmica, que geralmente é muito dura, ela tem propriedades micro e nanoestruturais que garantem uma grande elasticidade e maleabilidade. “Na primeira vez que realmente imprimimos esse material em 3D, ficamos muito surpresos ao descobrir que, quando ele é apertado ou deformado, volta rapidamente ao formato original. Por causa dessas propriedades, demos o nome de osso hiperelástico, ou HB”, explicou.

Adam E. Jakus / Divulgação
A maleabilidade do HB, que pode ser esticado, cortado e suturado, é um dos grandes diferenciais clínicos (foto: Adam E. Jakus / Divulgação)

Sem suturas
Normalmente, disse Shah, os produtos ortopédicos existentes ou em desenvolvimento são compostos de hidroxiapatita ou outras cerâmicas muito duras, o que impede os cirurgiões de manipular facilmente o tamanho ou o formato. Para demonstrar isso, a pesquisadora martelou um pedaço de um enxerto tradicional, que rapidamente esfarelou. Em contraste, o impacto da ferramenta no HB não provocou qualquer alteração.

“O osso hiperelástico pode ser facilmente dobrado para se encaixar onde for preciso, além do que ele se expande para mecanicamente se ajustar no espaço, sem necessidade de colas e suturas. Outra propriedade única que o coloca acima de qualquer competição é que ele é altamente poroso e absorvente. E isso é importante para a integração celular e com os tecidos quando implantado no corpo”, destacou Shah.

A porosidade do material é essencial para que, uma vez no organismo, ele permita que os vasos sanguíneos forneçam a oxigenação e as substâncias necessárias para o crescimento celular. Na prática, todas essas características permitiriam que, na sala de cirurgia, o médico cortasse e modelasse o enxerto personalizado, de acordo com a necessidade do paciente. “Isso é muito importante, especialmente quando se trata de criar implantes maxilofaciais, onde o componente estético é importante para o sucesso da técnica”, disse a bioengenheira.

Os cientistas também se mostram empolgados com a aplicação pediátrica do HB. Quando a criança nasce com defeitos ou sofre traumas físicos muito precocemente, o normal é retirar um pedaço de osso de outra parte do corpo, como o quadril ou uma costela, para fazer o enxerto. Contudo, o procedimento é doloroso e cria um defeito no tecido que foi manipulado. “Esperamos que o HB possa ser usado nesses casos. Já que foi desenhado para se degradar e se remodelar junto do osso natural, ele cresce com o paciente. Isso elimina a necessidade de cirurgias posteriores”, explicou Ramille Shah.

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Parte da coluna espinhal implantada em ratos: sem sinais de rejeição (foto: res20160928191006915141a)

Primeiros testes têm resultados promissores
O
s primeiros testes com o biomaterial foram feitos in vitro com células-tronco mesenquimais humanas — aquelas que vão se diferenciar em diferentes órgãos. Para testar se as células sobreviveriam na presença do material, os cientistas as cultivaram durante quatro semanas, numa solução que continha o osso hiperelástico. “Uma das coisas realmente incríveis que aconteceram foi que as células-tronco, na verdade, se transformaram em osteoblastos, ou células ósseas, ao longo desse período. E isso graças ao material. O que você geralmente vê na literatura científica são materiais induzindo formação óssea in vitro, mas, para isso, é preciso adicionar uma boa quantidade de substâncias químicas e biológicas para ter algum resultado. No nosso caso, apenas o HB resultou na diferenciação das células-tronco em células precursoras de ossos”, explicou Adam Jukus, principal autor da pesquisa.

Depois dos estudos in vitro, os cientistas se dedicaram aos testes com ratos. Eles imprimiram pequenos pedaços de HB e os implantaram sob a pele dos animais. O material se integrou ao tecido ósseo natural e, de acordo com os pesquisadores, rapidamente foi vascularizado e preenchido por novas células, que cresceram naturalmente. Não houve resposta imunológica nem inflamatória, um sinal de que o organismo tolerou o HB. Em seguida, a equipe imprimiu novos suportes do osso hiperelástico, que foram implantados nas costas das cobaias. O material conseguiu fundir duas vértebras na coluna e induziu a formação de novo tecido ósseo no local.

Os cientistas precisavam testar a eficácia do material em modelos maiores e encontraram a chance de fazer isso quando souberam de um primata que tinha um defeito craniano grande e precisava de cirurgia reconstrutiva. “Então, imprimimos um implante relativamente grande. Na hora da cirurgia, os médicos conseguiram cortar o implante na própria sala de operações e colocá-lo no local. Em quatro semanas, ele estava completamente integrado e completamente vascularizado no crânio do macaco. E há evidências de formação de novos ossos”, contou Adam Jukus. “Esse último estudo realmente demonstrou a relevância clínica do HB e que a tecnologia pode ser reproduzida em qualquer escala e, portanto, pode ser testada em humanos.”

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