Defeitos ósseos de tamanho crítico são aqueles que não cicatrizam espontaneamente, sem intervenção médica. Eles podem surgir por trauma, má cicatrização de fraturas e remoção óssea após infecção grave ou ressecção de tumor.
O padrão atual de tratamento é reconstruir o defeito com osso de uma região diferente do esqueleto humano e estabilizar com implantes fixados ao osso. Isso tem limitações, incluindo a quantidade de osso disponível para transferência sem causar morbidade no paciente e o aumento do risco de infecção.
O uso da manufatura aditiva está aumentando rapidamente na área da saúde, particularmente nas áreas de odontologia e ortopedia. Um dos principais benefícios dessa abordagem é o potencial para implantes personalizados.
Ao reconstruir um objeto a partir de tomografias 3D dos defeitos ósseos e fazer engenharia reversa do local danificado, um implante pode ser produzido com dimensões exatas para reparar o defeito.
Existem inúmeras técnicas e materiais disponíveis, de modo que metais, cerâmicas e polímeros podem ser fabricados para aplicações ortopédicas específicas. O estudo realizado pelos autores investigou o uso da modelagem de deposição fundida (FDM - fused deposition modeling) para a reconstrução óssea.
Esse método de fabricação é disponível a um custo relativamente baixo e representa uma técnica economicamente viável para produzir implantes personalizados. Outra vantagem é o nível de controle sobre os parâmetros de projeto. Por exemplo, materiais, macroporosidade e geometria de preenchimento podem ser todos refinados de modo que o scaffold possa ser ajustado em termos de adesão celular, infiltração celular e rigidez.
O material utilizado pelos autores foi o LayFomm (PoroLay) - uma mistura de polímeros de álcool polivinílico (PVA) e poliuretano (PU).
Neste estudo, os autores estudaram o uso do LayFomm como material para o scaffold para a diferenciação in vitro de células-tronco de polpa dentária (DPSCs - dental pulp stem cells) e produção de matriz óssea semelhante ao do osso. Em seguida, o scaffold foi implantado por via subcutânea para determinar a resposta de corpo estranho ao material.
Com isso, os scaffolds foram implantados em defeitos mandibulares em um modelo de roedor in vivo para determinar o potencial de crescimento ósseo e cicatrização do defeito.
Segundo os autores, o poliuretano usado neste estudo permitiu uma rápida fixação celular, com uma eficiência de 68% após apenas 3 horas de implementação. Isso pode ser atribuído à tendência do material ser atraído pela água (hidrofílico) e também à sua microporosidade.
Figura 1: Scaffolds desenvolvidos com o material LayFomm, mostrando o aparecimento de microporos após a remoção do PVA (álcool polivinílico). Fonte: (Cooke et al. 2020).
A microporosidade proporcionou uma área de superfície maior e demonstrou aumentar a adesão de proteínas, a adesão e a proliferação celular, além de desempenhar um papel crítico na osteogênese nos scaffolds ósseos.
Os autores mostraram também que a capacidade do LayFomm de absorver e liberar quimioterápicos foi ativa por um período de 14 dias, o que demonstrou a formação óssea in vivo.
As células-tronco da polpa dentária (DPSCs - dental pulp stem cells) foram utilizadas neste estudo para análise in vitro devido à sua rápida taxa de proliferação e capacidade de sofrer diferenciação osteogênica na presença dos fatores apropriados. De acordo com os autores, os scaffolds foram capazes de proliferar, diferenciar e produzir matriz óssea.
Este foi o primeiro estudo a caracterizar o LayFomm como um material potencial para regeneração óssea in vitro e in vivo. A formação bem-sucedida da matriz óssea foi promissora, como uma estratégia de reparo ósseo utilizando um scaffold, o que pode ser útil no reparo de defeitos craniofaciais.
Os autores afirmaram que um caminho interessante para uma investigação mais aprofundada nesta área é a entrega de agentes terapêuticos dentro dos microporos do material para aumentar ainda mais sua capacidade de formação óssea.
Por fim, os autores concluem que defeitos ósseos de tamanho crítico são um cenário desafiador para médicos e pacientes. Um scaffold desenvolvido com um material com grande potencial como o LayFomm permite o crescimento ósseo enquanto fornece suporte estrutural ao osso tem o potencial de ajudar milhões de pacientes em todo o mundo.
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