Cientistas da Universidade de Nova Gales do Sul fizeram progressos significativos no desenvolvimento de andaimes impressos em 3D que imitam de perto as propriedades mecânicas do osso natural. Esta inovação aborda um desafio de longa data na medicina: criar substitutos ósseos artificiais que tenham um desempenho tão bom ou melhor que os implantes metálicos ou enxertos ósseos existentes. Os novos andaimes apresentam resistência, porosidade e dinâmica de fluidos superiores, aproximando a regeneração óssea funcional da realidade.
O problema com as atuais substituições ósseas
Os métodos tradicionais para reparar ossos danificados geralmente dependem de implantes metálicos ou enxertos ósseos. Implantes metálicos, embora fortes, podem ser muito rígidos e causar tensão nos tecidos circundantes. Enxertos ósseos, colhidos de outras partes do corpo do paciente ou de doadores, têm disponibilidade limitada e apresentam riscos de rejeição ou infecção. A impressão 3D oferece uma maneira de contornar essas limitações, mas replicar a complexa estrutura do osso tem se mostrado difícil.
O osso natural é leve e forte, com uma estrutura porosa que suporta o crescimento celular e o fluxo de fluidos. As primeiras tentativas de estruturas impressas em 3D muitas vezes não conseguiram equilibrar essas qualidades, colapsando sob pressão ou faltando a porosidade necessária para a integração do tecido.
Imitando o design da natureza
Os pesquisadores superaram esse obstáculo estudando a arquitetura óssea natural. O osso real não é uniforme; ele transita gradualmente de regiões densas e resistentes para áreas mais leves e esponjosas. A equipe replicou esta estrutura graduada usando ácido polilático (PLA), um plástico biocompatível e biodegradável.
“Utilizámos uma abordagem de design inspirada no osso natural. No osso, a estrutura muda gradualmente de áreas densas para áreas mais abertas. Recriámos esta ideia imprimindo andaimes com estruturas graduadas em diferentes direcções.” – Dr. Juan Pablo Escobedo-Diaz
Os andaimes resultantes, com aproximadamente 55% de porosidade, apresentaram notável desempenho em testes mecânicos. Eles eram 60% mais fortes e 16% mais rígidos sob impactos repentinos em comparação com pressão lenta e constante, tornando-os potencialmente ideais para implantes que suportam carga. A direção da estrutura graduada também influenciou os padrões de fratura, proporcionando aos projetistas outra maneira de ajustar as propriedades do material.
Fluxo de Fluidos e Implicações Futuras
É importante ressaltar que os fluidos fluíram através dos andaimes de uma forma que se assemelha muito ao osso natural, o que é fundamental para a entrega de nutrientes e remoção de resíduos durante a cicatrização. Embora essas estruturas ainda não possuam a capacidade de autocura ou de adaptação dos ossos vivos, elas representam um grande passo em frente.
Os pesquisadores prevêem o uso clínico dentro de 5 a 10 anos, enquanto se aguardam mais testes e aprovações regulatórias. Inicialmente, eles poderiam ser usados em pesquisas e modelagem específica do paciente, eventualmente levando a substituições de grandes defeitos ósseos em áreas como o fêmur. A equipe agora está se concentrando em designs biomiméticos que reproduzam mais de perto as estruturas ósseas naturais, incluindo padrões e graduações complexas.
Esta pesquisa destaca o potencial da impressão 3D para revolucionar a regeneração óssea, oferecendo um futuro onde os implantes artificiais podem não apenas apoiar, mas também integrar-se com os processos naturais de cura do corpo.
