Compósito bioativo favorece a cicatrização de fraturas ósseas

Todos os anos, cerca de 800 mil ossos partidos são tratados nos hospitais alemães. Em cerca de 10 por cento destes casos, as complicações pós-tratamento ocorrem porque o osso não cicatriza corretamente, resultando numa pseudoartrose dolorosa que impossibilita a colocação de peso sobre o osso. Para os doentes, isto significa muitas vezes uma estadia prolongada no hospital com cirurgia de seguimento e tratamento a longo prazo, enquanto que para os serviços de saúde, implica uma terapia demorada e dispendiosa.

Para evitar que isso aconteça, o Instituto Fraunhofer de Tecnologia de Fabrico e Materiais Avançados IFAM apresentou uma solução elegante e eficaz através do projeto de investigação conjunta SCABAEGO (Scaffold Bioactive Glass-Enhanced Osteogenesis). O objetivo do projeto é testar a hipótese de trabalho de que a utilização de materiais bioativos em operações apoia o processo de cicatrização e reduz o risco de infeção. Os parceiros do instituto para este projeto são o Departamento de Traumatologia e Cirurgia Reconstrutiva do Hospital Universitário de Heidelberg, bem como a BellaSeno, uma empresa especializada em engenharia médica com sede em Leipzig.

Os investigadores do Fraunhofer IFAM desenvolveram um material compósito a partir do polímero biodegradável policaprolactona (PCL) e vidro bioativo. Este compósito é depois utilizado para imprimir em 3D estruturas principais e de suporte personalizadas para locais de fratura óssea, denominadas scaffolds. Antes disso, a estrutura do osso danificado é mapeada através de tomografia computorizada (TC). A estrutura personalizada substitui a parte do osso em falta. De seguida, é preenchida com medula óssea retirada da crista ilíaca ou de ossos longos maiores. Isto assegura que o material biológico de substituição óssea (osso autólogo artesanal, ABG) fica contido de forma estável e que o local da fratura cicatriza em segurança.

O produto médico inovador oferece ainda mais vantagens. “O vidro bioativo aumenta o pH do meio envolvente para alcalino. A próxima coisa que queremos investigar é o resultado esperado deste facto, que é a inibição do crescimento de bactérias”, explica Kai Borcherding, chefe da unidade de negócios de Tecnologia Médica e Ciências da Vida do Fraunhofer IFAM. Os investigadores esperam que isto reduza significativamente o risco de infeção pós-operatória.

O vidro bioativo também apoia o crescimento de novo osso no local da fratura. Ao entrar em contacto com os fluidos corporais, o vidro transforma-se em hidroxilapatite, um composto químico derivado principalmente do fosfato de cálcio e uma substância muito semelhante ao osso. “Com o vidro bioativo, podemos resolver os problemas que os clínicos enfrentam - podemos inibir o crescimento bacteriano e fornecer um suporte eficaz para a cicatrização óssea. Ao fim de seis a sete anos, o suporte será totalmente biodegradado e convertido em osso”, afirma Tobias Großner, cirurgião de trauma e diretor de cirurgia experimental de trauma no Hospital Universitário de Heidelberg.

O vidro bioativo já é utilizado no tratamento de defeitos ósseos. A novidade é combiná-lo com PCL numa escala industrial. Os investigadores do Fraunhofer conseguiram unir vidro e PCL para criar um material compósito que pode ser utilizado diretamente no fabrico aditivo. O principal resultado disto é que podem ser produzidos estruturas 3D personalizadas. A produção do material compósito à escala industrial é simples e rápida. “O polímero PCL é misturado com o granulado de vidro e um solvente antes de ser submetido a várias etapas de processamento. No final, o solvente é removido através de secagem e o compósito residual é finamente moído”, explica Borcherding.

A BellaSeno, parceira do projeto, ‘imprime’ a estrutura de suporte a partir deste material utilizando uma impressora 3D. “Utilizamos a impressão 3D para podermos criar cada estrututa individualmente para se adaptar ao local da fratura de cada doente”, afirma Mohit Chhaya, diretor executivo da BellaSeno e coordenador do projeto. Antes disso, é efetuada uma tomografia computorizada do osso danificado. Pode então ser produzida uma imagem virtual 3D do osso. Utilizando estes dados, a impressora 3D constrói um andaime que se adapta perfeitamente ao osso. “Cada doente recebe um suporte único, feito à medida. Isto evita os demorados ajustes mecânicos e a adaptação no bloco operatório”, diz Großner.

Indo para além dos procedimentos anteriores, o material compósito inovador deverá permitir um progresso significativo no tratamento. A técnica contemporânea envolve a cobertura do local da fratura com um cimento ósseo numa operação inicial. O corpo humano entende este cimento como uma substância estranha e protege-se com um periósteo (membrana óssea). Este processo é conhecido como a técnica da membrana induzida de Masquelet. Este processo pode durar até dois meses. Após este período, o doente tem de ser novamente operado. Desta vez, o cirurgião abre o periósteo, retira o cimento, preenche o espaço com osso autólogo e volta a fechar o periósteo. Até agora, existiam poucas opções para ancorar com segurança o calo mole e, assim, curar as fraturas sem perturbações. Quando utilizado com uma placa ou um prego, o suporte fornece ao calo mole a estrutura necessária até o osso estar cicatrizado.

A equipa de investigação do projeto Scabaego já está a investigar o conceito in vitro e in vivo com testes pré-clínicos, trabalhando em conjunto com o Hospital Universitário de Heidelberg. Enquanto estes estão em curso, a receita do compósito está a ser otimizada. A proporção de vidro bioativo no suporte pode variar entre 10 e 30 por cento. “Estamos a experimentar as proporções da mistura para que possamos aproveitar ao máximo as características biologicamente positivas do vidro, mantendo a resistência do núcleo do andaime”, diz Borcherding.