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A incorporação de biocerâmica em polímeros anuncia novidades na engenharia tecidual

Pesquisadora estuda o método para a criação de mantas que poderão vir a induzir a regeneração óssea

Da redação
com a colaboração de Patricia Zylberman

Imagem de microscópio de quatro tipos de mantas com bioatividade

E se a engenharia tecidual – baseada na incorporação de métodos químicos, físicos e biológicos no desenvolvimento de tecidos artificiais do corpo humano – conseguisse criar um compósito capaz de servir de suporte para a regeneração de um tecido ósseo danificado? Essa questão foi encarada como um desafio por Lilian de Siqueira, aluna de pós-graduação do Instituto de Ciência e Tecnologia (ICT) – Campus São José dos Campos, em sua dissertação de mestrado. Sob a orientação de Eliandra de Sousa Trichês, docente do curso de Engenharia de Materiais, e co-orientação de Anderson O. Lobo, Lilian elaborou uma pesquisa denominada Eletrofiação e Caracterização de Compósitos de PLA/β-TCP e PCL/β-TCP Visando Aplicações na Engenharia Tecidual, com uma bolsa auxílio da Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (Capes). A aluna misturou separadamente os polímeros ácido polilático (PLA) e policaprolactona (PCL) com partículas de β-fosfato tricálcico (β-TCP), biomaterial da classe das biocerâmicas que apresenta fase mineralógica semelhante à do osso, no intuito de criar scaffolds.

Foto das duas pesquisadoras, elas estão lado a lado e sorriem

A orientadora Eliandra de Sousa Trichês e a pesquisadora, aluna de pós-graduação do Instituto de Ciências e Tecnologia (ICT) - Campus São José dos Campos, Lilian de Siqueira

“Scaffold é um material poroso que serve de arcabouço para o crescimento e proliferação celular que pode ser colocado em pequenos defeitos ósseos, para instigar o desenvolvimento celular, criando um novo tecido ósseo”, esclarece Eliandra. As mantas dos polímeros PLA e PCL puros já são utilizadas em tratamentos odontológicos, porém, com intuitos diferentes. Por se tratarem de materiais bioabsorvíveis, ou seja, que são absorvidos pelo organismo, eles, ao serem colocados em uma incisão do paciente, têm a única finalidade de promover a cicatrização de feridas. Por essa razão, é necessária a mistura com a biocerâmica (β-TCP), um material osteocondutor – induz o tecido ósseo a se regenerar – bioativo e biodegradável.

O projeto de Lilian de Siqueira teve diferentes fases. No período inicial, a mestranda fez um levantamento da literatura especializada já existente. “Buscamos na literatura o que estava sendo feito e as novidades dos estudos com o polímero para, assim, iniciarmos o projeto e descobrimos que a engenharia tecidual e as biocerâmicas são campos nos quais há muito o que se estudar”, contou. A parte prática se iniciou com a síntese do pó de β-TCP no estado sólido, por reação em laboratório, e sua caracterização para identificação da fase cristalina formada.

Após essa etapa, a partícula de β-TCP foi incorporada em diferentes teores nas diferentes matrizes poliméricas. Então, as novas soluções contendo as partículas de β-TCP passaram pelo processo de eletrofiação para a obtenção das mantas. A eletrofiação top-down, como é chamada por se tratar de um aparelho na vertical, foi o processo escolhido em razão de ser uma técnica muito simples, versátil e de baixo custo. Esse aparato experimental tem três componentes: uma seringa para a contenção da solução polimérica, uma fonte de alta tensão e um coletor metálico. As mantas obtidas por eletrofiação apresentam fibras com espessura em escala nanométrica. 

Duas imagens. Na esquerda, um potinho com um tipo de pó branco - a biocerâmica. À direita, um tipo de estojo onde estão os exemplos de mantas - elas parecem películas brancas.

O β-TCP após um processo de incorporação biocerâmica. Ao lado,  mantas poliméricas

Tanto as soluções de PLA quanto a de PCL obtiveram a incorporação de 1,5% e 8% em massa do β-TCP – os estudos apontaram que quanto maior a incorporação da partícula nas matrizes poliméricas, melhores foram os resultados dos diferentes testes aos quais foram submetidos – e formaram, como desejado, mantas porosas, fibrosas e interconectadas. “Os trabalhos citados na literatura conseguiram incorporar nas mantas poliméricas no máximo 5% de partícula cerâmica, a qual se apresentava em escala nanométrica. No nosso caso, conseguimos incorporar até 8% de β-TCP em escala micrométrica”, afirma Eliandra. As mantas foram caracterizadas por diferentes técnicas, como, por exemplo, microscopia eletrônica de varredura (MEV), para análise morfológica das mantas, espectroscopia de infravermelho (FTIR), para verificação dos grupos funcionais, calorimetria exploratória diferencial (DSC) e análise termogravimétrica (TGA) para determinação dos parâmetros térmicos. Também foram realizados ensaios de citotoxicidade e viabilidade celular (MTT) in vitro e de bioatividade em solução de fluído corpóreo (SBF) para avaliação das propriedades biológicas.

Uma grande variação de diâmetro médio das fibras foi observada para ambos os polímeros. O diâmetro médio das fibras variou de 260±51 a 546±136 nm (nanômetros) para as mantas de PLA e PLA/β-TCP e de 640±20 a 867±40 nm para as mantas de PCL e PCL/β-TCP. Essa variação, no entanto, não altera em nada o funcionamento das mantas. 

Os testes que se seguiram demonstraram que tanto o PLA/β-TCP quanto o PCL/β-TCP obtiveram um resultado satisfatório. Ainda assim, há algumas diferenças na relação de ambos os polímeros com a partícula. Ao adicioná-la ao polímero PLA, dependendo do teor do β-TCP, notou-se um aumento do diâmetro da fibra, o que impediu a sua cristalização. Já quando se agregou ao PCL, além dessa mudança, houve uma alteração na rugosidade da superfície da manta, o que tornou o compósito um ambiente favorável à adesão celular.

“Comparando os dois polímeros, percebemos que o mais interessante seria trabalhar com o PCL tentando, mais a frente, incorporar uma quantidade maior de partículas de β-TCP a ele, deixando-o mais bioativo e aumentando a taxa de degradação do compósito”, explica Eliandra. Quanto melhor for a degradação do material, melhor será seu funcionamento. “Para que ocorra a regeneração óssea, o material que está implantado tem que se degradar com a mesma taxa que o novo tecido cresce. Por essa razão, é importante incorporar o β-TCP, que tem uma grande capacidade de degradação, ao polímero, que tem uma taxa mais lenta, balanceando-os”, afirma Lilian. Segundo a mesma, o tempo médio para a absorção dessa manta no organismo é de pelo menos seis meses. 

Além da degradação, outras características das mantas demonstraram um bom resultado. Apesar de em graus diferentes, tanto as mantas de PLA/β-TCP quanto as de PCL/β-TCP demonstraram uma alta bioatividade – capacidade dos materiais de se ligarem ou aderirem aos tecidos vivos adjacentes e formarem uma camada de apatita similar à presente nos ossos. Após a realização de testes de viabilidade celular, as mantas de PLA/β-TCP e PCL/β-TCP exibiram propriedade de biocompatibilidade, mostrando-se não citotóxicas, além de permitirem um ambiente favorável à adesão celular. 

Como um próximo passo do projeto, as pesquisadoras pretendem continuar tentando, cada vez mais, incorporar uma maior quantidade de β-TCP nos polímeros PLA e PCL para, desse modo, melhorar as propriedades de bioatividade, adesão celular e degradação. O último passo antes de uma possível comercialização do produto seria a aplicação de testes em seres vivos. “Antes de comercializar o produto, outros estudos ainda são necessários. Nós realizamos somente os testes in vitro. Precisamos do ensaio in vivo para que possamos provar a eficiência total do que foi estudado”, finaliza a pesquisadora.

Infográfico com a Morfologia, adesão celular e bioatividade das mantas

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SIQUEIRA, L.; PASSADOR, F. R.; COSTA, M. M.; LOBO, A. O.; SOUSA, E. Influence of the addition of β-TCP on the morphology, thermal properties and cell viability of poly (lactic acid) fibers obtained by electrospinning. Materials Science and Engineering: C, v. 52, p.135-143, 1 jul. 2015. Disponível em: < http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0928493115002374 >. Acesso em: 15 dez. 2015.

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