Novo biovidro reduz risco de falhas em implantes de titânio

Pesquisadores do Departamento de Engenharia de Materiais da Universidade Federal de São Carlos (UFSCar) desenvolveram um novo vidro com propriedades bioativas (biovidro) que, ao ser depositado sobre a superfície de implantes dentários e ortopédicos feitos de titânio, reduz o risco de falhas causadas por infecções bacterianas e acelera o processo de ligação dessas próteses metálicas com o tecido ósseo (osseointegração).

Desenvolvido no âmbito do Centro de Ensino, Pesquisa e Inovação em Vidros (CeRTEV) – um dos Centros de Pesquisa, Inovação e Difusão (CEPIDs), financiados pela FAPESP, o novo material e o processo de deposição dele sobre a superfície de implantes foram patenteados e já despertaram o interesse de empresas do Brasil e do exterior.

“Fizemos testes in vivo [em animais] e os resultados indicaram que a fase inicial de osseointegração de implantes dentários com a superfície coberta pelo novo biovidro foi até uma vez e meia mais rápida em comparação com implantes sem a superfície coberta pelo material”, disse Clever Ricardo Chinaglia, pós-doutorando no Departamento de Engenharia de Materiais do Centro de Ciências Exatas e de Tecnologia da UFSCar, com Bolsa da FAPESP, e participante do projeto.

De acordo com Chinaglia, o novo material, denominado informalmente de F18, é composto por sílica, cálcio, sódio, potássio, magnésio e fósforo, e possui as propriedades de acelerar a formação de tecido ósseo (osteoindutor), controlar inflamações (ação anti-inflamatória) e facilitar a formação de vasos sanguíneos (angiogênica) encontradas em determinados organismos vivos como o ser humano, por exemplo.

Uma das principais diferenças dele em relação ao 45S5 – o primeiro biovidro desenvolvido no mundo, na década de 1960 – e outros vidros bioativos criados depois é que o F18 possui alguns elementos químicos que impedem sua cristalização e o tornam capaz de eliminar bactérias (bactericida). A maioria dos biovidros existentes hoje apenas detém a proliferação de determinados tipos de bactérias (são bacteriostáticos).

Pelo fato de não cristalizar facilmente, pode-se obter o material na forma de fibras longas e flexíveis (fibras bioativas) – que, segundo os pesquisadores, são as únicas fibras de biovidro existentes no mundo – além de outras formas complexas tridimensionais (3D).

Além disso, também é possível moer o material e obter partículas com granulometria da ordem de mícrons ou sub-mícrons (milésimo de milímetro), que podem ser fixadas à superfície de implantes de titânio, fazendo com que ele seja biofuncionalizado, ou seja, apresente funções bioativas encontradas somente em determinados organismos vivos, como a capacidade de induzir a formação de tecido ósseo e de vasos sanguíneos.

Ao serem implantadas, as partículas de biovidro na superfície das próteses de titânio começam a se dissolver e a liberar íons importantes para a osseointegração, desaparecendo totalmente após o término dos estágios iniciais do processo – que levam de 7 a 10 dias –, explicou Chinaglia.

Além de acelerar o processo de osseointegração, por ser bactericida o novo material também impede a fixação de bactérias na superfície de implantes, reduzindo a formação de biofilme – uma estrutura complexa, criada pelas bactérias, de difícil controle e tratamento – e gerando um ambiente no local da colocação do implante livre desses microrganismos, detalhou.

“Um processo infeccioso causado por bactérias pode causar mudanças no pH, na temperatura e nas condições de cicatrização, prejudicando o processo de osseointegração. Por isso a presença de um agente bactericida nessa fase inicial do processo é muito importante”, disse Chinaglia à Agência FAPESP.

Biofuncionalização

Para depositar as partículas do novo biovidro na superfície de implantes e biofuncionalizá-los, os pesquisadores também criaram uma técnica pela qual, inicialmente, as partículas do material são dispersadas em géis específicos.

Em seguida, a dispersão é aplicada na superfície de implantes, gerando uma superfície com um determinado padrão de tamanho e de distribuição de partículas.

Ao serem aquecidas por diferentes métodos, as partículas fluem sem cristalizar e aderem em algumas regiões da superfície do implante.

“Os processos de deposição geram uma camada descontínua de biovidro sobre a superfície de um implante, formando ilhas do material, que possibilitam que algumas áreas da superfície do implante sejam cobertas pelo biovidro e outras não”, explicou Chinaglia.

A área coberta pelo biomaterial contribui para estimular a formação do novo tecido ósseo e impedir a fixação de bactérias na superfície do implante durante a fase inicial de osseointegração, detalhou Chinaglia.

“As partículas do biovidro que desenvolvemos têm solubilidade maior do que o 45S5 e outros vidros bioativos. Elas começam a se dissolver já nos primeiros instantes após a implantação e são totalmente dissolvidas até o final do processo de osseointegração”, disse.

“Isso evita também problemas de instabilidade na interface entre o metal e o material cerâmico, a fonte mais comum de falhas nos implantes recobertos com hidroxiapatita [mineral formado por fosfato de cálcio]”, explicou.

O titânio e o vidro possuem diferenças de propriedades mecânicas e térmicas que normalmente impedem a compatibilização dos dois materiais.

Por isso, as tentativas de combiná-los para fabricar implantes dentários e ortopédicos feitos nas últimas décadas fracassaram, disse Chinaglia.

“Foram por essas razões que a tentativa feita há 20 anos de se cobrir a superfície de implantes dentários com uma camada de hidroxiapatita fracassou e porque ainda não há no mercado um implante metálico com uma camada de material cerâmico com a função de acelerar a osseointegração”, explicou.

“Testamos implantes dentários de titânio biofuncionalizados pelo biovidro em animais e não encontramos nenhum resquício do material na superfície deles após o processo de osseointegração, o que mostra que o material é totalmente reabsorvido”, afirmou.

Segundo ele, as análises histomorfométricas [de quantificação de estruturas ósseas demostraram ainda que a formação óssea sobre os implantes recobertos nas primeiras duas semanas é uma vez e meia mais rápida que nos implantes não recobertos.

Comercialização

Agora, os pesquisadores pretendem iniciar ensaios clínicos [com humanos], e algumas empresas interessadas na tecnologia – duas americanas e duas brasileiras – estão interessadas em financiá-los. Eles fundaram a spin-off Vetra, que já detém as licenças das patentes derivadas do novo material e do novo processo de deposição.

A ideia é que a empresa produza e recubra a superfície de implantes dentários e ortopédico feitos de titânio fabricados por indústrias do ramo, explicou Chinaglia.

“O modelo de negócio que pensamos é baseado no fornecimento não do produto final, mas do biovidro e do processo de deposição dele sobre a superfície de implantes”, afirmou.

Os pesquisadores também estão vislumbrando a possibilidade de usar fibras obtidas a partir do novo material para desenvolver membranas usadas na área de Odontologia para regeneração de tecidos ósseos e contenção de enxertos.

“A composição desse novo biovidro e a sua dificuldade em se cristalizar abrem um número muito grande de possibilidades de processamento até então impensadas nessa área”, disse Edgar Dutra Zanotto, professor do Departamento de Engenharia de Materiais do Centro de Ciências Exatas e de Tecnologia da UFSCar e coordenador do CeRTEV.

Outro produto desenvolvido e já patenteado pelos pesquisadores é uma estrutura altamente porosa (scaffold) para enxerto ósseo.

“O enxerto ósseo mais utilizado no mercado hoje é feito de partículas inorgânicas de hidroxiapatita. Um enxerto usando biovidro isoladamente ou combinado com outros materiais seria muito mais eficaz no processo de regeneração tecidual”, comparou Chinaglia.

O pesquisador foi um dos palestrantes do colóquio “Research excellence in a globalised world – Experiences and challenges from a Brazilian-German perspective”, realizado nos dias 26 e 28 de fevereiro pela Fundação Alexander von Humboldt, em São Paulo.

O encontro é um dos dois grandes colóquios que a fundação, com sede em Bonn, na Alemanha, promoverá fora do país germânico em 2015. O outro ocorrerá em novembro na Coreia do Sul.

Fonte: Elton Alisson | Agência FAPESP