Ossos artificiais: os últimos cientistas afirmam ter criado um método para imprimir

Os cientistas têm algumas novidades interessantes sobre os avanços nas peças sobressalentes humanas. "

Em breve, pode ser possível substituir os ossos humanos danificados por ossos sintéticos e personalizados criados em uma impressora 3-D.

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Este osso "hiperelástico" será produzido com uma "tinta" feita a partir de um cálcio natural encontrado no osso humano.

Em um avanço significativo em relação aos métodos atuais, os cientistas dizem que os ossos personalizados podem induzir rapidamente a regeneração e crescimento dos ossos.

Isso poderia tornar os procedimentos médicos mais efetivos, menos dolorosos e duradouros.

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As aplicações podem incluir o reparo de lesões craniofaciais, dentárias, espinhais e outras lesões de medicina óssea e esportiva.

Cientistas da Northwestern University publicaram suas descobertas no mês passado na revista Science Translational Medicine.

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Ajudando as crianças

Ramille Shah, Ph. D., que liderou a equipe de pesquisa, é professor assistente de ciência e engenharia de materiais na McCormick School of Engineering da Northwestern e professor assistente de cirurgia na Escola de Medicina Feinberg do Noroeste.

Shah descreve o osso hiperelástico como "um biomaterial altamente compatível, livre de fatores de crescimento, osteoregenerativo, escalável e cirurgicamente amigável. "

Os cientistas criaram osso hiperelástico para realizar uma fusão da coluna vertebral em um rato e para reparar um defeito do crânio em um macaco rhesus. Os ensaios em animais continuarão.

Shah e sua equipe acreditam que os ensaios humanos de seu osso sintético podem começar dentro de cinco anos.

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Shah, que chefia o Laboratório de Fabricação de Engenharia e Aditivo de Shah Tissue no Northwestern, disse em uma entrevista da Healthline que o objetivo de sua equipe de cientistas e clínicos era "desenvolver um biomaterial impresso 3-D para o tecido ósseo regeneração em crianças. "

Os pacientes pediátricos que sofrem de defeitos ósseos por trauma ou nascimento podem se beneficiar significativamente dessa tecnologia.

"Os materiais atuais que os cirurgiões usam para defeitos craniofaciais são placas metálicas e parafusos, e polímeros, mas não degradáveis, para o trabalho facial", disse Shah. "A maneira principal agora é pegar pedaços de osso das costelas ou quadris do paciente e fazer um" auto-enxerto "- moldar as peças para se adequar ao espaço de defeito que deseja remodelar. Mas este método pode causar problemas em outros lugares do corpo. Os auto-enxertos são usados ​​especialmente com crianças, porque você não quer usar "corpos estranhos" em pacientes pediátricos. "

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A cirurgia de implantação óssea é dolorosa e complicada para crianças, disse ela. A colheita de ossos para um auto-enxerto pode levar a outras complicações e dor.Os implantes metálicos são às vezes usados, mas isso não é uma solução permanente para crianças em crescimento.

"Os adultos têm mais opções quando se trata de implantes", disse Shah. "Pacientes pediátricos não. Se você lhes der um implante permanente, você deve fazer mais cirurgias no futuro à medida que elas crescem. Eles podem enfrentar anos de dificuldade. "

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Os ingredientes certos

O componente ósseo natural é fundamental para o sucesso.

O principal componente do biomaterial de Shah é a hidroxiapatita, um fosfato de cálcio que é o principal elemento estrutural (90 por cento em peso) do osso vertebrado natural.

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Shah e seus colegas misturam 90 por cento de hidroxiapatita com 10 por cento biocompatível, polímero médico biodegradável em um solvente que torna a textura mais como um líquido que um sólido.

"A consistência é como a cola de Elmer", disse Shah.

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A mistura é chamada de "tinta" porque ela é usada em uma impressora 3-D.

Uma vez que a mistura é extrudida, o solvente principal evapora imediatamente e solidifica o material. A estrutura do material é porosa e pode ser utilizada à temperatura ambiente.

"A alta porosidade é crítica porque as células e os vasos sanguíneos devem infiltrar o andaime estrutural para aumentar a integração do tecido", explicou Shah.

Além disso, a alta concentração de hidroxiapatita cria um ambiente que induz a rápida regeneração óssea.

"O [osso hiperelástico] foi projetado para se degradar e remodelar em osso natural e, portanto, pode crescer com o paciente", disse Shah. "Isso elimina a necessidade de futuras cirurgias, como é feito com placas metálicas ou implantes. "

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Um produto versátil

O osso hiperelástico é versátil e pode ser impresso em diferentes pontos fortes.

Isso inclui ossos altamente elásticos, aqueles que podem suportar cargas significativas, bem como aqueles que são mais oco ou denso. Essas propriedades mecânicas são determinadas pela arquitetura do objeto impresso 3-D, disse Shah.

O osso sintético pode ser personalizado para cada paciente.

A variedade de aplicações inclui reparos para fraturas da coluna vertebral, lesões de medicina esportiva e lesões de ACL e manguito rotador que exigem cicatrização de tecido mole-tecido, disse Shah.

Em aplicações craniofaciais e dentárias, e para deformidades faciais, o osso de substituição pode ser impresso "para se adequar perfeitamente à simetria e anatomia do paciente, especialmente nos casos em que há um componente estético importante para o desfecho do paciente", disse ela..

"O material é altamente elástico, e os cirurgiões podem manipulá-lo", disse Shah. "Os materiais disponíveis agora são muito flexíveis e não são difíceis de cortar e moldar. Quando os cirurgiões ouviram falar sobre isso, ficaram muito entusiasmados. "

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Importante nas cirurgias de cabeça e face

As propriedades do osso hiperelástico são particularmente cruciais na reparação dos ossos na cabeça e no rosto.

"Nos defeitos craniofaciais, podemos criar um objeto que corrige ou cobre o defeito, o que nos permite manter a simetria facial", disse Shah. "Nós podemos imprimir algo que é específico do paciente. O material passará pelo andaime. Isso é importante, porque se você não tem vasos sanguíneos dentro do defeito, você pode ter necrose de tecido [morte de tecido]. No andaime, as células vão depositar novo material ósseo. Com implantes permanentes, você deve substituí-los ao longo do tempo. Este novo material cresce com o paciente e não é invasivo. "

Antibióticos podem ser adicionados para controlar a infecção.

Os pesquisadores realizam o processo de impressão 3-D à temperatura ambiente, o que lhes permite adicionar outros elementos, como antibióticos, à tinta.

"Podemos incorporar antibióticos para reduzir a possibilidade de infecção após a cirurgia", disse Shah. "Nós também podemos combinar a tinta com diferentes tipos de fatores de crescimento, se necessário, para melhorar ainda mais a regeneração. É realmente um material multifuncional. "

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Substituições personalizadas

Os cirurgiões que utilizam o material óseo sintético de Shah poderiam verificar o corpo do paciente e criar osso de reposição personalizado em uma impressora 3-D.

As propriedades mecânicas flexíveis do biomaterial permitem aos médicos cortar facilmente e moldá-lo ao tamanho durante um procedimento cirúrgico. Não só isso é mais rápido, disse Shah, mas também menos doloroso em comparação com o uso de material auto-enxerto.

Quando começou sua pesquisa em 2009, Shah recebeu o financiamento inicial da faculdade e teve o apoio contínuo dos Institutos Nacionais de Saúde (NIH).

Ela espera obter financiamento governamental e corporativo, e recentemente fundou uma empresa de start-up no Northwestern para explorar aplicativos para seu trabalho.

Shah espera um dia em que "o tempo de resposta para um implante especializado para um cliente pode ser dentro de 24 horas. Isso poderia mudar o mundo da cirurgia craniofacial e ortopedica e, espero, melhore os resultados dos pacientes. "