Os filmes de Nanoscale promovem o crescimento do osso

Os filmes de Nanoscale desenvolvidos no MIT promovem o crescimento do osso, criando um selo mais forte entre implantes e osso dos pacientes próprio

Cada ano, mais do que milhão americanos recebe uma prótese artificial do quadril ou do joelho. Tais implantes são projectados durar muitos anos, mas em aproximadamente 17 por cento dos pacientes que recebem uma substituição comum total, o implante eventualmente afrouxa e tem que ser substituído cedo, que pode causar complicações perigosas para pacientes idosos.

Para ajudar a minimizar estas operações onerosas, uma equipe de coordenadores químicos do MIT desenvolveu um revestimento novo para os implantes que poderiam os ajudar melhor a aderir ao osso do paciente, impedindo a falha prematura.

“Isto permitiria que o implante durasse muito mais por muito tempo, a sua vida natural, com mais baixo risco de falha ou de infecção,” diz Paula Hammond, o David H. Koch professor na engenharia no MIT e o autor superior de um papel no trabalho que aparece nos materiais avançados do jornal.

O revestimento, que induz próprias pilhas do corpo para produzir o osso que fixa o implante no lugar, poderia igualmente ser usado para ajudar a curar fracturas e a melhorar implantes dentais, de acordo com Hammond e xá de Nisarg do autor principal, um aluno diplomado no laboratório de Hammond.

Uma alternativa ao cimento ortopédico

Os quadris artificiais consistem em uma bola de metal em uma haste, conectando a pelve e o fémur. A bola gira dentro de um copo plástico anexado ao interior do soquete anca. Similarmente, os joelhos artificiais consistem nas placas e em uma haste que permitem o movimento do fémur e da tíbia. Para fixar o implante, os cirurgiões usam o cimento ortopédico, um polímero que se assemelhe ao vidro quando endurecido. Em alguns casos, este cimento termina acima o rachamento e o implante destaca do osso, causando a dor e a perda crônicas de mobilidade para o paciente.

“Tipicamente, em tal caso, o implante é removido e, que causa a perda secundária tremenda do tecido no paciente que não aconteceria se o implante não tinha falhado,” o xá substituído diz. “Nossa ideia é impedir a falha revestindo estes implantes com os materiais que podem induzir o osso nativo que é gerado dentro do corpo. Que o osso cresce no implante e nas ajudas fixe-o no lugar.”

O revestimento novo consiste em um filme muito fino, variando de 100 nanômetros a um mícron, compor das camadas de materiais que ajudam a promover o crescimento rápido do osso. Um dos materiais, hydroxyapatite, é um componente natural do osso, feito do cálcio e do fosfato. Este material atrai células estaminais mesenchymal da medula e fornece uma relação para a formação de osso novo. A outra camada libera um factor de crescimento que estimule células estaminais mesenchymal transformar nas pilhas deprodução chamadas osteoblasts.

Uma vez que os osteoblasts formam, começam produzir o osso novo para preencher os espaços que cercam o implante, fixando o ao osso existente e eliminando a necessidade para o cimento ortopédico. Ter o tecido saudável nesse espaço cria uma ligação mais forte e reduz extremamente o risco de infecção bacteriana em torno do implante.

“Quando o cimento ortopédico é usado, o espaço inoperante está criado entre o osso e a haste existentes do implante, onde não há nenhum vaso sanguíneo. Se as bactérias colonizam este espaço que se manteriam proliferar, porque o sistema imunitário é incapaz das alcançar e destruir. Tal revestimento seria útil no impedimento que da ocorrência, o” xá diz.

Toma pelo menos duas ou três semanas para que o osso preencha e estabilize completamente o implante, mas um paciente ainda poderia andar e fazer a fisioterapia durante este tempo, de acordo com os pesquisadores.

Controle ajustável

Houve uns esforços precedentes para revestir implantes ortopédicos com o hydroxyapatite, mas os filmes terminam acima ser bastante grossos e instáveis, e tendem a quebrar longe do implante, o xá diz. Outros pesquisadores experimentaram com a injecção do factor de crescimento ou o depósito dele directamente no implante, mas a maior parte termina acima a drenagem longe do local do implante, saindo demasiado pouco atrás para ter todo o efeito.

A equipe do MIT pode controlar a espessura de seu filme e a quantidade de factor de crescimento liberada usando um método chamado o conjunto da camada-por-camada, em que os componentes desejados estão estabelecidos uma camada de cada vez até que a composição desejada da espessura e da droga esteja conseguida.

“Esta é uma vantagem significativa porque outros sistemas até agora realmente não puderam controlar a quantidade de factor de crescimento que você precisa. Muitos dispositivos tipicamente devem usar as quantidades que podem ser ordens de grandeza mais do que você precisa, que pode conduzir aos efeitos secundários indesejáveis,” xá dizem.

Os pesquisadores são agora os estudos animais de execução que mostraram resultados prometedores: Os revestimentos conduzem ao osso rápido a formação, travando os implantes no lugar.

Este revestimento podia ser usado não somente para substituições comum, mas igualmente para as placas e os parafusos da fixação usados para ajustar fracturas de osso. “É muito versátil. Você pode aplicá-lo a toda a geometria e para ter o uniforme revestir tudo ao redor, o” xá diz.

Uma outra aplicação possível está em implantes dentais. Convencionalmente, implantar um dente artificial é um processo do pas-de-deux. Primeiramente, um parafuso rosqueado é encaixado na maxila; este parafuso tem que estabilizar integrando com o tecido circunvizinho do osso por diversos meses antes que o paciente retorne à clínica para ter a coroa nova anexada ao parafuso. Isto poderia ser reduzido a um processo de uma etapa em que o paciente recebe o implante inteiro usando uma versão destes revestimentos.