Pesquisadores em Universidade de Swansea desenvolveram uma nova abordagem para testar biomateriais para regeneração óssea, oferecendo velocidade e refinamento ético.
Publicado em Diário de materiais bioativosZhidao Xia, uma equipe da Faculdade de Medicina e Faculdade de Ciências e Engenharia de Swansea introduziu um modelo de ossificação periosteal tibial murina que elimina a necessidade de métodos tradicionais envolvendo fraturas ou defeitos de tamanho crítico.
Ao fazê-lo, reduzem significativamente o sofrimento dos animais, ao mesmo tempo que permitem a avaliação do biomaterial em apenas 14 dias, com a remodelação óssea cortical concluída em 28 dias.
Dr. Xia explicou: “Nossa invenção preenche a lacuna entre os substitutos sintéticos e o osso doado. Mostramos que é possível criar um materials seguro, eficaz e escalável para atender à demanda world. Isto poderia acabar com a dependência do osso doado e resolver as questões éticas e de fornecimento no enxerto ósseo”.
Ao lado de Swansea, diversas instituições em todo o mundo contribuíram para este projeto. Isso inclui coisas como Universidade Huazhong de Ciência e Tecnologiae Hospital Central de Xiangyang da China, Escola de Medicina da Universidade Johns Hopkins e o Universidade de Rochester dos EUA, Universidade McGill do Canadá, NanoAnálise da Oxford Devices, A Universidade Abertao Universidade de Oxforde o Universidade de Sheffield do Reino Unido.
Modelo periosteal melhora testes de reparo ósseo
Elementary para o sucesso do modelo é o seu foco no periósteo tibial, onde as células osteogênicas conduzem naturalmente o reparo ósseo. A implantação de estruturas de biomateriais entre a tíbia e o tecido muscular circundante produziu resultados notáveis, incluindo o crescimento ósseo trabecular em duas semanas.
Na quarta semana, esse osso se remodela em uma nova camada cortical. Esses achados, medidos por meio de microtomografia computadorizada e análise histológica, revelaram um aumento excepcional de oito vezes na espessura da tíbia em comparação aos grupos controle.
Um dos materiais testados neste modelo é um andaime de hidroxiapatita aragonita (HAA), uma mistura de hidroxiapatita amplamente utilizada em enxertos ósseos e carbonato de cálcio, que aumenta a biodegradação e apoia o crescimento ósseo.
A estrutura se decompõe gradualmente ao longo de seis a doze meses, criando espaço para o crescimento de novo tecido ósseo. Os investigadores também experimentaram o zoledronato, um bifosfonato clínico, descobrindo que a sua adição aumentou significativamente a formação de osso cortical, demonstrando o seu potencial na melhoria do desempenho do biomaterial.
Ao contrário dos métodos ectópicos em que o osso é gerado em locais não naturais, esta abordagem mantém o contacto direto do materials tanto com o osso como com o músculo. Essa proximidade reproduction os ambientes complexos normalmente encontrados em aplicações ortopédicas, tornando as descobertas altamente relevantes para cenários clínicos.
A validação do modelo entre espécies, incluindo ratos e miniporcos, confirmou resultados consistentes. A estrutura HAA não apenas facilitou a regeneração óssea, mas também degradou-se totalmente em seis meses, segundo os pesquisadores.
Refinamentos éticos e direções futuras
Uma vantagem notável do modelo reside em seu processo de teste simplificado. Eliminar a necessidade de grandes defeitos ósseos ou fraturas reduz significativamente a invasividade e a duração dos experimentos.
Embora a técnica seja particularmente adequada para a triagem inicial de biomateriais, ainda são necessários ensaios maiores em animais e modelos de fratura tradicionais para aprovação regulatória e testes em cenários de defeitos complexos.
Outras investigações visam esclarecer o papel de células específicas, como as células-tronco periosteais, na rápida formação óssea observada. Melhorias no software program de microtomografia computadorizada também são necessárias para melhor analisar o desempenho dos biomateriais, uma vez que as ferramentas atuais carecem de precisão para avaliar essas interações.
Apesar destes desafios, a investigação destaca o papel elementary do carbonato de cálcio na aceleração do crescimento ósseo. A sua dissolução mais rápida em comparação com a hidroxiapatita permite que as células ósseas se infiltrem na estrutura de forma mais eficiente, embora os mecanismos exatos justifiquem estudos adicionais.
É importante ressaltar que este modelo se alinha aos princípios éticos da pesquisa, reduzindo significativamente o sofrimento animal. A ausência de fraturas induzidas ou grandes defeitos ósseos minimiza os danos, oferecendo um método refinado e humano para a triagem de biomateriais em estágio inicial.
Embora os modelos tradicionais de fraturas e os grandes ensaios em animais continuem a ser essenciais para a aprovação regulamentar, esta abordagem poderia agilizar os testes pré-clínicos e reduzir o número de animais necessários.
Métodos alternativos de regeneração óssea
Globalmente, grupos de investigação têm explorado abordagens alternativas, cada uma oferecendo vantagens únicas para enfrentar os desafios da reparação óssea.
Há dois anos, pesquisadores do Universidade Carnegie Mellon e o Universidade de Connecticut desenvolveu estruturas de grafeno de fosfato de cálcio (CaPG) impressas em 3D para o futuro aplicações de regeneração óssea.
Testados in vitro e in vivo, os suportes demonstraram potencial osteogénico, apoiando a diferenciação de células estaminais e regenerando ossos em modelos animais. Usando um método de escrita direta com tinta, descobriu-se que as estruturas de CaPG biodegradam e reabsorvem in vivo, promovendo a regeneração dos tecidos sem efeitos adversos nos órgãos vitais.
Publicado em Naturezaeste estudo destaca o potencial do CaPG como uma alternativa econômica, personalizável e reabsorvível aos enxertos ósseos tradicionais.
Em 2017, pesquisadores de Universidade de Tianjino Academia Chinesa de Ciênciase o Universidade de Hong Kong desenvolveu um compósito hidrogel-nanoargila imprimível em 3D projetado para apoiar o crescimento das células ósseas.
Publicado em Ciência e Engenharia de Biomateriais ACSesse materials trata de defeitos ósseos causados por traumas, deformidades ou remoção de tumores. Nos testes, o materials promoveu a regeneração óssea em defeitos da tíbia de ratos vivos, superando significativamente os tratamentos com placebo durante oito semanas.
Oferecendo suporte estrutural e nutrição, a estrutura imitava a matriz extracelular e tinha potencial para oferecer reparo preciso e individualizado de defeitos ósseos que suportam carga.
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A imagem apresentada mostra um modelo animal murino para avaliação rápida da osteogênese. Imagem by way of Universidade de Swansea.