Pesquisadores do Departamento de Engenharia de Materiais da Universidade Federal de S�o Carlos (UFSCar) desenvolveram um novo vidro com propriedades bioativas (biovidro) que, ao ser depositado sobre a superf�cie de implantes dent�rios e ortop�dicos feitos de tit�nio, reduz o risco de falhas causadas por infec��es bacterianas e acelera o processo de liga��o dessas pr�teses met�licas com o tecido �sseo (osseointegra��o).
Desenvolvido no �mbito do Centro de Ensino, Pesquisa e Inova��o em Vidros (CeRTEV) – um dos Centros de Pesquisa, Inova��o e Difus�o (CEPIDs), financiados pela FAPESP, o novo material e o processo de deposi��o dele sobre a superf�cie de implantes foram patenteados e j� despertaram o interesse de empresas do Brasil e do exterior.
“Fizemos testes in vivo [em animais] e os resultados indicaram que a fase inicial de osseointegra��o de implantes dent�rios com a superf�cie coberta pelo novo biovidro foi at� uma vez e meia mais r�pida em compara��o com implantes sem a superf�cie coberta pelo material”, disse Clever Ricardo Chinaglia, p�s-doutorando no Departamento de Engenharia de Materiais do Centro de Ci�ncias Exatas e de Tecnologia da UFSCar, com Bolsa da FAPESP, e participante do projeto.
De acordo com Chinaglia, o novo material, denominado informalmente de F18, � composto por s�lica, c�lcio, s�dio, pot�ssio, magn�sio e f�sforo, e possui as propriedades de acelerar a forma��o de tecido �sseo (osteoindutor), controlar inflama��es (a��o anti-inflamat�ria) e facilitar a forma��o de vasos sangu�neos (angiog�nica) encontradas em determinados organismos vivos como o ser humano, por exemplo.
Uma das principais diferen�as dele em rela��o ao 45S5 – o primeiro biovidro desenvolvido no mundo, na d�cada de 1960 – e outros vidros bioativos criados depois � que o F18 possui alguns elementos qu�micos que impedem sua cristaliza��o e o tornam capaz de eliminar bact�rias (bactericida). A maioria dos biovidros existentes hoje apenas det�m a prolifera��o de determinados tipos de bact�rias (s�o bacteriost�ticos).
Pelo fato de n�o cristalizar facilmente, pode-se obter o material na forma de fibras longas e flex�veis (fibras bioativas) – que, segundo os pesquisadores, s�o as �nicas fibras de biovidro existentes no mundo – al�m de outras formas complexas tridimensionais (3D).
Al�m disso, tamb�m � poss�vel moer o material e obter part�culas com granulometria da ordem de m�crons ou sub-m�crons (mil�simo de mil�metro), que podem ser fixadas � superf�cie de implantes de tit�nio, fazendo com que ele seja biofuncionalizado, ou seja, apresente fun��es bioativas encontradas somente em determinados organismos vivos, como a capacidade de induzir a forma��o de tecido �sseo e de vasos sangu�neos.
Ao serem implantadas, as part�culas de biovidro na superf�cie das pr�teses de tit�nio come�am a se dissolver e a liberar �ons importantes para a osseointegra��o, desaparecendo totalmente ap�s o t�rmino dos est�gios iniciais do processo – que levam de 7 a 10 dias –, explicou Chinaglia.
Al�m de acelerar o processo de osseointegra��o, por ser bactericida o novo material tamb�m impede a fixa��o de bact�rias na superf�cie de implantes, reduzindo a forma��o de biofilme – uma estrutura complexa, criada pelas bact�rias, de dif�cil controle e tratamento – e gerando um ambiente no local da coloca��o do implante livre desses microrganismos, detalhou.
“Um processo infeccioso causado por bact�rias pode causar mudan�as no pH, na temperatura e nas condi��es de cicatriza��o, prejudicando o processo de osseointegra��o. Por isso a presen�a de um agente bactericida nessa fase inicial do processo � muito importante”, disse Chinaglia � Ag�ncia FAPESP.
Biofuncionaliza��o
Para depositar as part�culas do novo biovidro na superf�cie de implantes e biofuncionaliz�-los, os pesquisadores tamb�m criaram uma t�cnica pela qual, inicialmente, as part�culas do material s�o dispersadas em g�is espec�ficos.
Em seguida, a dispers�o � aplicada na superf�cie de implantes, gerando uma superf�cie com um determinado padr�o de tamanho e de distribui��o de part�culas.
Ao serem aquecidas por diferentes m�todos, as part�culas fluem sem cristalizar e aderem em algumas regi�es da superf�cie do implante.
“Os processos de deposi��o geram uma camada descont�nua de biovidro sobre a superf�cie de um implante, formando ilhas do material, que possibilitam que algumas �reas da superf�cie do implante sejam cobertas pelo biovidro e outras n�o”, explicou Chinaglia.
A �rea coberta pelo biomaterial contribui para estimular a forma��o do novo tecido �sseo e impedir a fixa��o de bact�rias na superf�cie do implante durante a fase inicial de osseointegra��o, detalhou Chinaglia.
“As part�culas do biovidro que desenvolvemos t�m solubilidade maior do que o 45S5 e outros vidros bioativos. Elas come�am a se dissolver j� nos primeiros instantes ap�s a implanta��o e s�o totalmente dissolvidas at� o final do processo de osseointegra��o”, disse.
“Isso evita tamb�m problemas de instabilidade na interface entre o metal e o material cer�mico, a fonte mais comum de falhas nos implantes recobertos com hidroxiapatita [mineral formado por fosfato de c�lcio]”, explicou.
O tit�nio e o vidro possuem diferen�as de propriedades mec�nicas e t�rmicas que normalmente impedem a compatibiliza��o dos dois materiais.
Por isso, as tentativas de combin�-los para fabricar implantes dent�rios e ortop�dicos feitos nas �ltimas d�cadas fracassaram, disse Chinaglia.
“Foram por essas raz�es que a tentativa feita h� 20 anos de se cobrir a superf�cie de implantes dent�rios com uma camada de hidroxiapatita fracassou e porque ainda n�o h� no mercado um implante met�lico com uma camada de material cer�mico com a fun��o de acelerar a osseointegra��o”, explicou.
“Testamos implantes dent�rios de tit�nio biofuncionalizados pelo biovidro em animais e n�o encontramos nenhum resqu�cio do material na superf�cie deles ap�s o processo de osseointegra��o, o que mostra que o material � totalmente reabsorvido”, afirmou.
Segundo ele, as an�lises histomorfom�tricas [de quantifica��o de estruturas �sseas demostraram ainda que a forma��o �ssea sobre os implantes recobertos nas primeiras duas semanas � uma vez e meia mais r�pida que nos implantes n�o recobertos.
Comercializa��o
Agora, os pesquisadores pretendem iniciar ensaios cl�nicos [com humanos], e algumas empresas interessadas na tecnologia – duas americanas e duas brasileiras – est�o interessadas em financi�-los. Eles fundaram a spin-off Vetra, que j� det�m as licen�as das patentes derivadas do novo material e do novo processo de deposi��o.
A ideia � que a empresa produza e recubra a superf�cie de implantes dent�rios e ortop�dico feitos de tit�nio fabricados por ind�strias do ramo, explicou Chinaglia.
“O modelo de neg�cio que pensamos � baseado no fornecimento n�o do produto final, mas do biovidro e do processo de deposi��o dele sobre a superf�cie de implantes”, afirmou.
Os pesquisadores tamb�m est�o vislumbrando a possibilidade de usar fibras obtidas a partir do novo material para desenvolver membranas usadas na �rea de Odontologia para regenera��o de tecidos �sseos e conten��o de enxertos.
“A composi��o desse novo biovidro e a sua dificuldade em se cristalizar abrem um n�mero muito grande de possibilidades de processamento at� ent�o impensadas nessa �rea”, disse Edgar Dutra Zanotto, professor do Departamento de Engenharia de Materiais do Centro de Ci�ncias Exatas e de Tecnologia da UFSCar e coordenador do CeRTEV.
Outro produto desenvolvido e j� patenteado pelos pesquisadores � uma estrutura altamente porosa (scaffold) para enxerto �sseo.
“O enxerto �sseo mais utilizado no mercado hoje � feito de part�culas inorg�nicas de hidroxiapatita. Um enxerto usando biovidro isoladamente ou combinado com outros materiais seria muito mais eficaz no processo de regenera��o tecidual”, comparou Chinaglia.
O pesquisador foi um dos palestrantes do col�quio "Research excellence in a globalised world – Experiences and challenges from a Brazilian-German perspective", realizado nos dias 26 e 28 de fevereiro pela Funda��o Alexander von Humboldt, em S�o Paulo.
O encontro � um dos dois grandes col�quios que a funda��o, com sede em Bonn, na Alemanha, promover� fora do pa�s germ�nico em 2015. O outro ocorrer� em novembro na Coreia do Sul.