Uma Pistola de Cola Aplica Material de Enxerto Ósseo Diretamente sobre Fraturas no Meio da Cirurgia

Uma pistola de cola modificada imprime enxertos ósseos diretamente nas fraturas durante a cirurgia Créditos da imagem: Depositphotos

Um dispositivo semelhante a uma pistola de cola quente que imprime enxertos ósseos biodegradáveis ​​diretamente em fraturas tem o potencial de transformar a cirurgia ortopédica, fornecendo implantes personalizados que promovem uma cicatrização mais rápida e reduzem o risco de infecção.

Fraturas e perdas ósseas decorrentes de cirurgias oncológicas frequentemente deixam grandes defeitos, geralmente tratados com enxertos ósseos ou implantes metálicos. Pesquisadores têm explorado diversas abordagens para o reparo ósseo ao longo dos anos, incluindo enxertos feitos de cascas de ovo e arcabouços piezoelétricos.

Revolucionando o Reparo Ósseo Personalizado com Enxertos Impressos em 3D

Em um estudo recente, pesquisadores da Coreia e dos EUA criaram e testaram uma pistola de cola quente modificada capaz de imprimir enxertos ósseos em 3D diretamente em fraturas e defeitos ósseos durante a cirurgia.

“Nossa tecnologia apresenta uma abordagem inovadora ao permitir a impressão in situ, que permite que arcabouços sejam fabricados e aplicados em tempo real no local da cirurgia”, disse Jung Seung Lee, coautor correspondente e professor associado de engenharia biomédica na Universidade Sungkyunkwan (SKKU), Coreia do Sul. “Este método garante um ajuste anatômico preciso, mesmo para defeitos complexos ou irregulares, sem a necessidade de etapas pré-cirúrgicas como geração de imagens, modelagem ou corte.”

Os pesquisadores desenvolveram um dispositivo inspirado em pistolas de cola quente, projetado para impressão 3D em baixa temperatura, tornando-o seguro para aplicação em tecidos vivos. O dispositivo utiliza bastões feitos de uma mistura de policaprolactona (PCL) — um polímero biodegradável — e hidroxiapatita (AH), um mineral derivado do osso. Este compósito pode ser fundido e extrudado diretamente em defeitos ósseos sem a necessidade de solventes tóxicos. Ao ajustar o peso molecular do PCL e o teor de HA, eles conseguiram controlar a resistência, a flexibilidade e a taxa de degradação do material. A equipe avaliou propriedades como resistência à compressão e flexão, adesão óssea e degradação em condições corporais simuladas. Eles também incorporaram com sucesso antibióticos como vancomicina e gentamicina ao material.

Testes Pré-clínicos e Controle Cirúrgico em Tempo Real de Enxertos Ósseos Impressos em 3D

Os pesquisadores testaram inicialmente pré-osteoblastos de camundongos (precursores das células formadoras de osso) e células-tronco da medula óssea humana para avaliar a toxicidade e o suporte ao crescimento de células ósseas. Em seguida, testaram o compósito em um modelo de coelho com um defeito ósseo femoral grande demais para cicatrizar sozinho, comparando o desempenho do material impresso em 3D com o cimento ósseo comercial ao longo de um período de 12 semanas.

“Como o dispositivo é compacto e operado manualmente, os cirurgiões podem controlar a direção, o ângulo e a profundidade da impressão em tempo real durante a cirurgia”, disse Lee. “Também demonstramos que os cirurgiões podem concluir todo o processo em minutos, proporcionando uma grande vantagem ao reduzir o tempo operatório e melhorar a eficiência em ambientes cirúrgicos reais.”

Desempenho Aprimorado do Scaffold e Propriedades Antibacterianas por Meio da Integração de Hidroxiapatita

Os pesquisadores descobriram que a adição de hidroxiapatita (AH) ao compósito melhorou sua resistência e elasticidade, além de retardar sua degradação, permitindo que o arcabouço permanecesse no local por tempo suficiente para suportar o crescimento ósseo novo. O PCL de maior peso molecular aumentou a adesão do material ao osso, embora o excesso de AH tenha reduzido ligeiramente esse efeito.

Testes

Testes laboratoriais mostraram que os arcabouços infundidos com antibióticos inibiram efetivamente o crescimento bacteriano, com a gentamicina apresentando resultados particularmente fortes. Nenhuma toxicidade foi observada. O AH também promoveu a adesão de células ósseas, o crescimento e a transformação de células precursoras em células ósseas maduras.

“Este método de administração direcionada oferece benefícios clínicos claros em relação ao uso sistêmico de antibióticos, minimizando os efeitos colaterais e o risco de resistência aos antibióticos, ao mesmo tempo em que fornece forte proteção contra infecções pós-cirúrgicas”, disse Lee.

Testes em Animais Demonstram Regeneração Óssea Superior com Scaffolds Impressos em 3D

Em testes em animais, os arcabouços impressos em 3D superaram o cimento ósseo convencional no suporte à formação óssea nova. Exames de microtomografia computadorizada realizados 12 semanas após a cirurgia revelaram que o material impresso levou a um desenvolvimento ósseo mais forte e natural, sem qualquer dano tecidual ou inflamação anormal. No entanto, os pesquisadores observaram que, embora a consolidação óssea tenha melhorado significativamente em comparação com o cimento ósseo, os defeitos não haviam sido totalmente preenchidos ao final do período do estudo.

“O arcabouço foi projetado para se integrar biologicamente ao tecido ósseo circundante e se decompor gradualmente à medida que o novo osso o substitui ao longo do tempo”, disse Lee. “Nossas descobertas mostraram que os arcabouços impressos levaram a melhores resultados em indicadores estruturais importantes, como área de superfície óssea, espessura cortical e momento polar de inércia, todos apontando para uma regeneração e integração óssea mais eficazes.”

Principais Métricas de Resistência Óssea e o Futuro do Enxerto Ortopédico Personalizado

A espessura cortical refere-se à densa camada externa do osso e é um marcador fundamental da resistência e densidade óssea. O momento polar de inércia mede a resistência de um osso a forças de torção, refletindo sua estabilidade estrutural.

Esta técnica de enxerto ósseo, uma prova de conceito, pode revolucionar a ortopedia personalizada. Os cirurgiões podem levar esse dispositivo portátil para a sala de cirurgia para imprimir implantes ósseos personalizados diretamente em defeitos irregulares. O sistema integrado de administração de antibióticos pode ajudar a reduzir infecções pós-cirúrgicas, uma das principais causas de falha de implantes.

Método mais Rápido

Esse método seria mais rápido e econômico, eliminando a necessidade de fabricação de implantes dispendiosa e demorada. Além disso, o dispositivo pode se adaptar ao uso de diferentes materiais biodegradáveis ​​e incorporar diversos medicamentos para tratar diversas lesões ósseas e necessidades dos pacientes. No entanto, os pesquisadores precisam realizar mais pesquisas.

“O uso clínico dependerá do estabelecimento de uma fabricação padronizada, métodos de esterilização validados e testes pré-clínicos em modelos animais de grande porte para atender aos padrões regulatórios”, disse Lee. “Se os pesquisadores superarem esses desafios, prevemos que essa técnica se tornará uma solução prática e imediata para o reparo ósseo diretamente na sala de cirurgia.”

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