Implante 3D ataca infecções bacterianas

O professor da WSU Amit Bandyopadhyay fez exames de verificação do desgaste da solução tecnológica - (crédito: Washington State University)

Amanda Gonçalves*

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postado em 11/12/2023 04:30

Uma solução tecnológica projetada por cientistas da Universidade Estadual de Washington, nos Estados Unidos, foi capaz de destruir 87% das bactérias que causam infecções por bactérias estafilococos em testes de laboratório. Segundo os autores, o material é mais forte e compatível com tecidos vivos em comparação aos utilizados em implantes atuais. A ideia é que, no futuro, o material possa ser utilizado para construção de próteses humanas.

Descrito na revista International Journal of Extreme Manufacturing, a tecnologia é construída à base de metais de titânio (Ti), tântalo (Ta) e cobre (Cu), formando uma liga metálica. Os autores destacam que o material foi desenvolvido com menor teor de alumínio e vanádio, além de oferecer propriedades mecânicas semelhantes ao titânio, comumente utilizado nos implantes, porém mais aperfeiçoadas quanto às características biológicas.

Amit Bandyopadhyay, primeiro autor do estudo, diz que a pesquisa pretendia combater o problema de infecção de implantes cirúrgicos por colonização bacteriana, uma das principais causas de fracasso dos resultados após o procedimento. "Concentramos nossos esforços em implantes metálicos inovadores que possam impedir o crescimento de colônias bacterianas na superfície do implante in vivo", afirma. "A maioria dos estudos anteriores concentrou-se em melhorias de biocompatibilidade ou resistência a infecções e, não, em ambos."

Segundo o pesquisador, projetar as ligas a partir de materiais metálicos foi o maior desafio do estudo, uma vez que esses eles têm pontos de fusão elevados e precisam de equipamentos especializados para fundi-los. "Por exemplo, o ponto de fusão do tântalo é maior que 3.000°C. Também tivemos que otimizar a química da liga para obter melhorias simultâneas na biocompatibilidade e na resistência a infecções", relata Bandyopadhyay.

Para ampliar a resistência às infecções do material, a equipe adicionou 3% de cobre à liga de titânio para aumentar a resistência às infecções. Porém, houve todo um cuidado porque mais cobre poderia matar as células ósseas, o que, não era o desejável. Assim encontrou-se uma solução de equilíbrio: adição de 10% de tântalo na liga metálica, nega o efeito do material, melhorando a biocompatibilidade.

Os pesquisadores da WSU testaram o material recém-desenvolvido quanto à resistência à fadiga. — Os pesquisadores da WSU testaram o material recém-desenvolvido quanto à resistência à fadiga (foto: Washington State University)

A equipe realizou testes in vitro das ligas Ti-Ta-Cu para avaliar o desgaste e as propriedades mecânicas e bio-corrosivas do material. Os resultados mostram que a solução tecnológica apresentou menores taxas de desgaste e maior eficácia antibacteriana contra microorganismos comuns em infecções de implantes.

Potencial

Na avaliação de Euclides Chuma, membro sênior do Instituto de Engenheiros Eletricistas e Eletrônicos (IEEE), a solução tecnológica tem potencial para aplicação de implantes além do uso humano. "Por exemplo, na medicina veterinária, esse material poderá ser utilizado em próteses de animais domésticos."

Apesar do potencial, Chuma avalia que o aumento de temperatura pode ser um fator limitante da tecnologia. "Durante o processo de fabricação aditiva, o material passará por um processo de aumento de temperatura para que ocorra a fusão. Alguns metais, quando aquecidos a certas temperaturas críticas, alteram suas propriedades", explica.

Fernão Bevilacqua, otorrinolaringologista do Alfa Instituto de Comunicação e Audição e membro da Sociedade Brasileira de Otorrinolaringologia, explica que os efeitos de rejeição de implantes são próprios de cada indivíduo, apesar dos materiais. "É genérico falar sobre um tipo de material, porque há próteses integradas ao osso, não integradas ao osso, para tecido mole, por exemplo. Isso é relativo e realmente depende de cada indivíduo. A grande maioria dos organismos vão se adaptar, mas alguns podem ter rejeição."

Para Bevilacqua, apesar de promissor, há outros fatores que podem afetar o sucesso do implante cirúrgico. "Mesmo ele sendo inédito, não obrigatoriamente vai ser um sucesso quando colocado no indivíduo. Há doenças sistêmicas, questões alérgicas de produtos utilizados no procedimento cirúrgico e comorbidades que afetam o processo inflamatório, dificultando a cicatrização", exemplifica.

O trabalho da equipe no momento se destina a ampliar as propriedades biocompatíveis do material para utilizá-los na fabricação de implantes de uso humano e, consequentemente, melhorar a qualidade de vida pós-operatória dos pacientes. "Nossa abordagem ajudará a inovar uma nova geração de ligas com melhor biocompatibilidade e eficácia antimicrobiana", aposta Bandyopadhyay.

*Estagiária sob a supervisão de Renata Giraldi

PALAVRA DE ESPECIALISTA

Próteses customizadas

Materiais utilizados em próteses precisam ser biocompatíveis e o processo de análise deve considerar as propriedades desses materiais e o contato direto com os tecidos biológicos. As próteses ficam em contato com tecidos vivos ao longo de vários anos e podem sofrer alterações por uma variedade de fatores. Essa nova liga de titânio, tântalo e cobre, por ser compatível e produzida com impressão 3D, vai permitir a criação de próteses customizadas para cada paciente, melhorando o conforto e a durabilidade.

Euclides Chuma, membro sênior do Instituto de Engenheiros Eletricistas e Eletrônicos (IEEE)

Adesivo bioeletrônico

Pesquisadores da Universidade da Califórnia em San Diego, nos Estados Unidos, criaram um dispositivo eletrônico fino e flexível, com formato semelhante ao de um adesivo, que mede as forças entre objetos com potencial de, no futuro, ser utilizado para avaliar o impacto exercido por implantes sobre a articulação. Descrita na revista ACM, a solução tecnológica construída com um polímero super-macio não tem fios, funciona sem baterias e cabe em espaços apertados. Nos testes, os adesivos resistiram a mais de 10.000 aplicações de força e permaneceram consistentemente precisos. A equipe acredita que a tecnologia possa ser aplicada em robôs com sentido de tato, além de tornar equipamentos biomédicos mais inteligentes."Se conseguirmos comercializar esta tecnologia, imaginamos que no futuro uma caixa delas poderá ser vendida a baixo custo, como uma caixa de pensos rápidos", aposta Agrim Gupta, primeiro autor do estudo.