Pesquisadores em Universidade de Georgetown estão desenvolvendo um novo tipo de enxerto ósseo impresso em 3D projetado para funcionar mais como osso humano actual. Em vez de depender de implantes metálicos ou de ossos de doadores, a equipe está usando materiais naturais para criar estruturas que apoiam a cura e ajudam o corpo a regenerar os ossos.
Enxertos ósseos à base de pectina de Alimperti.
Os enxertos ósseos são comumente usados em cirurgias para reparar ou substituir ossos danificados. Isso pode incluir procedimentos relacionados a trauma, câncer ou implantes dentários. Hoje, os médicos geralmente contam com três opções principais: retirar osso do próprio corpo do paciente, usar osso de doador ou implantar materiais sintéticos como o steel. Cada abordagem tem suas limitações. Por exemplo, a remoção de osso de um paciente pode causar mais dor e complicações, enquanto o osso doado acarreta riscos de rejeição ou transmissão de doenças, e os implantes metálicos não se comportam como osso pure. Muitas vezes são mais duros que o osso pure, por isso não flexionam da mesma forma sob pressão. Isso pode mudar a forma como o estresse se transfer pela área, retardando a cura. Eles também não suportam o crescimento de novos ossos da mesma forma que o tecido vivo.
A equipe de Georgetown está tentando resolver esses problemas criando enxertos mais próximos do osso actual. A abordagem utiliza a pectina, uma substância pure encontrada nas frutas, combinada com minerais semelhantes aos dos ossos. Usando impressão 3D, eles moldam esse materials em estruturas com pequenos poros que se parecem com o inside de um osso actual.
Neste projeto, a pectina é colocada entre duas camadas de um materials semelhante a um osso chamado hidroxiapatita, que é encontrado naturalmente no osso humano e é composto principalmente de cálcio e fósforo. Este materials externo acrescenta resistência e densidade, ajudando o enxerto a se comportar mais como um osso pure. A equipe também inclui células vivas na estrutura para apoiar a cura e permitir que os nutrientes se movam através da estrutura. O trabalho concentra-se principalmente nos ossos faciais e ossos longos, como os dos braços e pernas, que precisam de força e capacidade para cicatrizar adequadamente.
Styliani Alimperti, em seu laboratório, está trabalhando com uma equipe para criar um enxerto ósseo usando materiais mais naturais que possam tornar os procedimentos mais seguros e bem-sucedidos.
“O processo de fazer o corpo regenerar seus próprios tecidos é muito desafiador devido ao envelhecimento, lesões e outros fatores”, explicou Stella Alimperti, professora associada de bioquímica e biologia molecular e celular na Faculdade de Medicina, onde lidera um estudo. laboratório de pesquisa focado em engenharia de tecidos. “A engenharia de partes de tecidos ou órgãos inteiros mais próximos dos nativos, com estruturas e células adequadas, ajudará na regeneração e restauração do tecido.
“Com a nossa tecnologia, queremos fazer novos enxertos. Não queremos tirar nada do paciente. Podemos criar novo tecido ósseo sem ter todas essas cirurgias complicadas e sem usar steel e outras peças.”
Alimperti está trabalhando com Escritório de Comercialização de Tecnologia de Georgetown e tem patente pendente, com o objetivo de eventualmente disponibilizar a tecnologia aos pacientes.
No momento, sua equipe está focada em melhorar a durabilidade e longevidade dos enxertos à base de pectina para que durem mais no corpo. Trabalhos futuros também analisarão como adaptar melhor os enxertos a diferentes pacientes, incluindo variações de idade e sexo que afetam a densidade e a força óssea.
Enxertos ósseos à base de pectina de Alimperti.
Esta estrutura é importante porque o osso actual não é sólido. Contém pequenos poros e canais que permitem o fluxo sanguíneo e ajudam as células a crescer. Os implantes tradicionais, principalmente os metálicos, não combinam com esta estrutura. Com a impressão 3D, os pesquisadores podem projetar esses recursos com mais precisão, criando espaços onde as células podem se fixar, crescer e formar novos tecidos.
Para fazer isso, a equipe usa um Bioplotter 3Dum conhecido sistema de bioimpressão projetado para imprimir materiais macios, géis e estruturas baseadas em células. A tecnologia foi originalmente desenvolvida na Alemanha pela EnvisionTEC e posteriormente adquirida pela Desktop Steel em 2021onde foi comercializado sob a marca Desktop Well being até Falência da Desktop Steel em 2025. O sistema utiliza impressão baseada em extrusão para depositar biomateriais camada por camada, tornando-o amplamente utilizado em engenharia de tecidos e pesquisa de regeneração óssea.
Alimperti usa um Bioplotter 3D para criar seus enxertos ósseos à base de pectina.
Outra parte do trabalho foca em como o materials se comporta no corpo. Por ser feito de componentes naturais, é menos provável que trigger uma reação negativa. Em alguns casos, os enxertos também podem incluir células vivas, o que pode ajudar na cicatrização. Em vez de apenas preencher uma lacuna, a ideia é apoiar o corpo enquanto ele reconstrói os ossos ao longo do tempo.
Esse tipo de trabalho reflete como a impressão 3D está sendo usada atualmente na área da saúde. Em vez de apenas fazer implantes fixos, os pesquisadores estão criando estruturas que funcionam com o corpo. Nesse caso, o enxerto atua mais como um andaime, ajudando a orientar o crescimento do novo osso, em vez de substituí-lo por uma peça synthetic permanente.
Alimperti apontando uma amostra de célula em seu laboratório. Células vivas são inseridas em enxertos ósseos para promover a cura e o fluxo de nutrientes.
Este trabalho ainda está em fase de pesquisa e ainda não foi utilizado em pacientes. Antes de poder ser utilizado em pacientes, a equipe ainda precisa fazer mais testes laboratoriais, seguidos de estudos para verificar a segurança e o desempenho. Se tudo correr bem, o próximo passo serão os ensaios clínicos em pessoas e a revisão regulamentar. Este processo pode levar vários anos. No entanto, os primeiros resultados sugerem que poderia oferecer uma alternativa mais segura e eficaz às opções existentes.
Alguns implantes impressos em 3D já são usados em pacientes hoje, especialmente para substituir partes do crânio, mandíbula ou outros ossos danificados por lesões, câncer ou cirurgia. Mas esses implantes são geralmente feitos de materiais como titânio e moldados para combinar com cada paciente. No entanto, abordagens mais recentes que utilizam materiais naturais e visam ajudar o corpo a regenerar os ossos ainda estão, em sua maioria, em testes iniciais.
Alimperti usa um Bioplotter 3D para criar seus enxertos ósseos à base de pectina.
Se for bem sucedido, este tipo de enxerto impresso em 3D poderá reduzir a necessidade de procedimentos invasivos, diminuir o risco de complicações e melhorar os resultados de recuperação dos pacientes. As abordagens regenerativas não são novas, mas a impressão 3D e bioimpressão deram aos pesquisadores mais controle sobre como essas estruturas são projetadas e como apoiam a cura. Embora a tecnologia ainda esteja em desenvolvimento, ela se concentra no projeto de estruturas que apoiam o crescimento ósseo, em vez de simplesmente substituí-lo.
Imagens cortesia da Universidade de Georgetown
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