p Todo ano, mais de um milhão de americanos recebem próteses artificiais de quadril ou joelho. Esses implantes são projetados para durar muitos anos, mas em cerca de 17 por cento dos pacientes que recebem uma substituição total da articulação, o implante eventualmente se solta e deve ser substituído precocemente, o que pode causar complicações perigosas para pacientes idosos. p Para ajudar a minimizar essas operações onerosas, uma equipe de engenheiros químicos do MIT desenvolveu um novo revestimento para implantes que pode ajudá-los a aderir melhor ao osso do paciente, prevenção de falha prematura.

p “Isso permitiria que o implante durasse muito mais tempo, a sua vida natural, com menor risco de falha ou infecção, ”Diz Paula Hammond, o David H. Koch Professor de Engenharia no MIT e autor sênior de um artigo sobre o trabalho que aparece na revista Materiais avançados .

p O revestimento, que induz as próprias células do corpo a produzirem osso que fixa o implante no lugar, também pode ser usado para ajudar a curar fraturas e para melhorar os implantes dentários, de acordo com Hammond e o autor principal Nisarg Shah, um estudante de pós-graduação no laboratório de Hammond.

p Uma alternativa ao cimento ósseo

p Quadris artificiais consistem em uma bola de metal em uma haste, conectando a pelve e o fêmur. A bola gira dentro de um copo de plástico preso à parte interna do encaixe do quadril. De forma similar, joelhos artificiais consistem em placas e uma haste que permitem a movimentação do fêmur e da tíbia. Para proteger o implante, cirurgiões usam cimento ósseo, um polímero que se assemelha ao vidro quando endurecido. Em alguns casos, este cimento acaba rachando e o implante se desprende do osso, causando dor crônica e perda de mobilidade para o paciente.

p “Normalmente, nesse caso, o implante é removido e substituído, o que causa uma tremenda perda de tecido secundário no paciente que não teria acontecido se o implante não tivesse falhado, ”Shah diz. “Nossa ideia é prevenir o fracasso revestindo esses implantes com materiais que podem induzir osso nativo que é gerado dentro do corpo. Esse osso cresce dentro do implante e ajuda a fixá-lo no lugar. ”

p O novo revestimento consiste em uma película muito fina, variando de 100 nanômetros a um mícron, composto por camadas de materiais que ajudam a promover o rápido crescimento ósseo. Um dos materiais, hidroxiapatita, é um componente natural do osso, feito de cálcio e fosfato. Esse material atrai células-tronco mesenquimais da medula óssea e fornece uma interface para a formação de novo osso. A outra camada libera um fator de crescimento que estimula as células-tronco mesenquimais a se transformarem em células produtoras de osso chamadas osteoblastos.

p Uma vez que os osteoblastos se formam, eles começam a produzir novo osso para preencher os espaços ao redor do implante, prendendo-o ao osso existente e eliminando a necessidade de cimento ósseo. Ter tecido saudável nesse espaço cria um vínculo mais forte e reduz muito o risco de infecção bacteriana ao redor do implante.

p “Quando o cimento ósseo é usado, espaço morto é criado entre o osso existente e a haste do implante, onde não há vasos sanguíneos. Se as bactérias colonizassem este espaço, elas continuariam proliferando, pois o sistema imunológico é incapaz de alcançá-los e destruí-los. Esse revestimento seria útil na prevenção de que isso ocorra, ”Shah diz.

p Leva pelo menos duas ou três semanas para o osso preencher e estabilizar completamente o implante, mas o paciente ainda seria capaz de andar e fazer fisioterapia durante este tempo, de acordo com os pesquisadores.

p Controle ajustável

p Houve esforços anteriores para revestir implantes ortopédicos com hidroxiapatita, mas os filmes acabam sendo muito grossos e instáveis, e tendem a se separar do implante, Shah diz. Outros pesquisadores experimentaram injetar o fator de crescimento ou depositá-lo diretamente no implante, mas a maior parte acaba drenando do local do implante, deixando muito pouco para trás para ter qualquer efeito.

p A equipe do MIT pode controlar a espessura de seu filme e a quantidade de fator de crescimento liberado usando um método chamado montagem camada por camada, em que os componentes desejados são colocados uma camada de cada vez até que a espessura desejada e a composição do fármaco sejam alcançadas.

p “Esta é uma vantagem significativa porque outros sistemas até agora não foram capazes de controlar a quantidade de fator de crescimento de que você precisa. Muitos dispositivos normalmente devem usar quantidades que podem ser ordens de magnitude maiores do que você precisa, o que pode levar a efeitos colaterais indesejados, ”Shah diz.

p Os pesquisadores agora estão realizando estudos em animais que mostraram resultados promissores:os revestimentos levam à rápida formação óssea, travando os implantes no lugar.

p Este revestimento pode ser usado não apenas para substituições de juntas, mas também para placas e parafusos de fixação usados ​​para definir fraturas ósseas. “É muito versátil. Você pode aplicá-lo a qualquer geometria e ter um revestimento uniforme ao redor, ”Shah diz.

p Outra possível aplicação é em implantes dentários. Convencionalmente, implantar um dente artificial é um processo de duas etapas. Primeiro, um parafuso roscado é embutido na mandíbula; esse parafuso deve se estabilizar integrando-se ao tecido ósseo circundante por vários meses antes que o paciente retorne à clínica para que a nova coroa seja fixada ao parafuso. Isso poderia ser reduzido a um processo de uma etapa em que o paciente recebe o implante inteiro usando uma versão desses revestimentos.

p Esta pesquisa foi financiada pelo Instituto Nacional de Envelhecimento do National Institutes of Health e conduzida no Instituto David H. Koch para Pesquisa Integrativa do Câncer com o apoio do Instituto de Nanotecnologias de Soldado do MIT. p Esta história foi republicada por cortesia do MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), um site popular que cobre notícias sobre pesquisas do MIT, inovação e ensino.