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Apr 28, 2023

Regeneração aprimorada do tecido ósseo usando um 3D

Relatórios Científicos volume 13,

Scientific Reports volume 13, Número do artigo: 3139 (2023) Citar este artigo

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As propriedades mecânicas e biológicas do ácido polilático (PLA) precisam ser melhoradas para serem usadas na engenharia de tecidos ósseos (BTE). Utilizando uma técnica de extrusão de material, scaffolds tridimensionais (3D) PLA-Ti6Al4V (Ti64) com poros abertos e canais interconectados foram fabricados com sucesso. Apesar do fato de que a temperatura de transição vítrea do PLA aumentou com a adição de Ti64, as temperaturas de fusão e cristalização, bem como a estabilidade térmica dos filamentos diminuíram ligeiramente. No entanto, a adição de 3-6% em peso de Ti64 melhorou as propriedades mecânicas do PLA, aumentando a resistência à compressão final e o módulo de compressão do PLA-3Ti64 para 49,9 MPa e 1,9 GPa, respectivamente. Além disso, as avaliações de fluidez revelaram que todos os filamentos compostos atenderam aos requisitos de impressão. Durante o tratamento com plasma de scaffolds, não apenas o valor médio da raiz quadrada (Rq) do PLA (1,8 nm) aumentou para 60 nm, mas também seu ângulo de contato (90,4°) diminuiu significativamente para (46,9°). A análise FTIR confirmou a maior hidrofilicidade à medida que os grupos contendo oxigênio se tornaram mais intensos. Em virtude do excelente papel do tratamento com plasma, bem como da adição de Ti64, foi observada uma melhora acentuada na fixação, proliferação (coloração de 4',6-diamidino-2-fenilindol) e diferenciação (fosfatase alcalina e Alizarin) das células-tronco mesenquimais da geleia de Wharton Coloração Red S). Com base nesses resultados, parece que os andaimes fabricados têm aplicações potenciais em BTE.

Os ossos humanos têm sido propensos a doenças e defeitos graves, como trauma, osteoporose e câncer1. Para curar essas doenças, tem sido comum implantar no corpo substâncias metálicas não biodegradáveis, geralmente à base de titânio e aço inoxidável2. No entanto, essa abordagem provocava cirurgias secundárias para extrair o metal do corpo, desperdiçando tempo e materiais3. Recentemente, o uso de substitutos ósseos tem atraído a atenção de muitos especialistas por reparar ossos danificados sem enfrentar os desastres associados aos métodos convencionais4. Isso ocorre principalmente porque esses materiais biodegradáveis ​​são locais preferenciais para vários tipos de células crescerem e regenerarem o novo tecido ósseo5. No entanto, é importante mencionar que o tipo de substituto desempenha o papel mais influente, pois é necessário que apresente características semelhantes ao osso inicial. Essas características vitais incluem estabilidade mecânica adequada, garantindo aderência, proliferação e diferenciação das células responsáveis ​​pela regeneração óssea6. A maioria dos substitutos ósseos fabricados tem como base metais e cerâmicas biocompatíveis, que indicam resistência suficiente7. No entanto, algumas desvantagens limitam o uso dessas substâncias em aplicações de base biológica. Um dos principais problemas é que o módulo da maioria das cerâmicas e metais é significativamente maior do que o dos ossos, o que torna a transferência de carga desequilibrada e causa reabsorção óssea como consequência do efeito de blindagem de estresse8,9. Além disso, vários defeitos na cerâmica diminuem sua capacidade de demonstrar tenacidade aceitável. Além disso, ao redor de implantes metálicos, alguns artefatos aparecem durante a ressonância magnética (RM) e a tomografia computadorizada (TC), invalidando a precisão dos resultados10. Portanto, encontrar um biomaterial candidato promissor continua sendo um grande desafio para os pesquisadores.

Atualmente, polímeros biocompatíveis, como polieteretercetona (PEEK), policaprolactona (PCL) e ácido polilático (PLA), apresentam alto potencial para uso em engenharia de tecidos ósseos (BTE), graças à sua biodegradabilidade, não toxicidade, não imunogênico e propriedades não inflamatórias 11. Entre uma ampla gama de compostos poliméricos, o PLA, um poliéster alifático termoplástico, foi introduzido como um dos melhores candidatos na engenharia de tecidos duros. Este polímero econômico possui baixa temperatura de fusão e biocompatibilidade aceitável, abrindo caminho para a utilização em BTE12. Apesar das vantagens do PLA, a baixa atividade biológica e as propriedades mecânicas são consideradas deméritos que devem ser abordados13.