Estratégias para regeneração de tecido ósseo

Com o intuito de regenerar tecidos ósseos danificados e recuperar a sua função anatómica, têm sido desenvolvidas estratégias diferentes, tendo como objetivo a melhoria do processo de regeneração óssea.

Quando é necessário a utilização de dispositivos de substituição física, recorre-se à utilização de estruturas que têm como função a substituição total ou parcial de uma parte anatómica, como é o caso das próteses. Para tratamentos baseados em preenchimento ósseo, de modo a promover o crescimento ósseo e levar à cicatrização do tecido, recorre-se a enxertos.40 Os enxertos ósseos autólogos (tecido do próprio individuo) são o “padrão- ouro” no tratamento de defeitos ósseos por combinarem todas as propriedades requeridas para a regeneração, tal como a osteoindução, a osteogénese e a osteocondução. Apesar de os autoenxertos possuírem todas as necessidades indispensáveis ao tratamento, eles podem levar à morbidade local, a infeções e hematomas.40 _{Os aloenxertos (tecido de um dador de}

espécie igual) são uma alternativa aos autoenxertos, contudo esta opção apresenta limitações devido ao facto de estarem associados ao risco de infeções e/ou transmissão de doenças, rejeição e reabsorção.40 _{Os xenoenxertos são outra alternativa para os enxertos}

autólogos. Os xenoenxertos são retirados de um indivíduo e colocados num indivíduo de espécie diferente. Os mais comuns são os de origem bovina, suína e coral. No entanto, os produtos de origem bovina podem transmitir doenças e infeções. Tanto os xenoenxertos como os aloenxertos perdem as suas propriedades osteogénicas e parte das propriedades osteoindutoras durante o seu processamento.1

Desde o aparecimento da engenharia de tecidos, em meados de 1980, que esta área tem vindo a evoluir continuadamente com o objetivo de estabelecer a estrutura e a função de um defeito.41 Atualmente as estratégias de engenharia de tecidos dividem-se em três abordagens diferentes identificadas de forma a promover a regeneração óssea (Figura 4). Na primeira abordagem apenas são utilizadas células osteogénicas, implantadas na zona do tecido danificado. O objetivo é autorregenerar o tecido danificado através do implante de um dador, do próprio paciente ou substituição de células progenitoras diretamente no tecido danificado. Este processo evita complicações cirúrgicas e permite a expansão de células em cultura celular, contudo pode haver falhas devido à rejeição imunológica ou por morte das células transplantadas, face à ausênciade uma estrutura que replique as funções

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da matriz extracelular.42,43 A segunda abordagem consiste na implantação direta de um

scaffold poroso sem utilização de células incorporadas. Este scaffold irá servir como

suporte estrutural que irá promover a adesão e proliferação celular, e consequente crescimento do tecido.42,43 A terceira abordagem também recorre à utilização de scaffolds porosos, no entanto neste processo células progenitoras são transplantadas, expandidas em cultura celular e incorporadas no scaffold. As células incorporadas vão aderir, proliferar progressivamente na matriz extracelular ao mesmo tempo que o scaffold se degrada. Esta última abordagem apresenta melhores resultados que as duas anteriores, em termos de regeneração e cicatrização do defeito.42,43

1.2.1. Scaffolds como substitutos ósseos

Devido às limitações que os enxertos ósseos anteriormente mencionados apresentam, o desenvolvimento de substitutos ósseos sintéticos porosos e biodegradáveis, que promovem a adesão e proliferação celular, tem vindo a ganhar cada vez mais interesse nos últimos anos. Os scaffolds são estruturas que apresentam tais características. Um scaffold é uma estrutura porosa 3D que tem um papel importante na regeneração óssea, pois este material Figura 4 - Esquema das três abordagens principais da engenharia de tecidos que podem ser usadas para

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proporciona a adesão, proliferação e diferenciação celular e a produção de matriz extracelular, com consequente crescimento ósseo, até que o novo tecido seja completamente restaurado/regenerado.42

Para que ocorra uma boa formação óssea, o scaffold ideal deve possuir determinadas características e propriedades, tais como 1,44,45_:

• Fornecer uma estrutura 3D temporária, que imite as funções fisiológicas da matriz extracelular original e estimule o crescimento dos tecidos;

• Elevada biocompatibilidade, isto é, capacidade de suportar a atividade celular normal sem provocar qualquer efeito nocivo nos tecidos;

• Incentivar a adesão, proliferação e diferenciação celular, bem como a adsorção dos metabólitos biológicos;

• Promover a ligação ao tecido hospedeiro sem a formação de um tecido cicatricial; • Taxa de degradação semelhante à da formação de novo osso, de tal modo que no

momento em que o local de adesão esteja totalmente regenerado, o scaffold deva estar totalmente degradado. Além disso, o material de degradação não deve ser tóxico;

• Superfície porosa e com poros interconectados, com tamanhos de poro pelo menos de 100 µm, para facilitar o crescimento do tecido, angiogênese e um fluxo eficaz de nutrientes. Tamanhos de poros entre 200-900 µm têm-se mostrado mais adequados para o uso na engenharia do tecido ósseo;

• Possuir propriedades mecânicas semelhantes às do osso saudável, com capacidade de suportar cargas e transferir as mesmas, gradualmente, para os tecidos vizinhos, para se evitar falhas após a sua implantação;

• Ser esterilizável e cumprir os requisitos legais para utilização clínica;

• Ser conformável por técnicas de processamento capazes de produzir o scaffold de acordo com a geometria do defeito do osso do paciente.

Tanto o material que constitui o scaffold como a sua estrutura (superfície, porosidade, e interconectividade de poros) desempenham um papel importante na regeneração de tecidos. Num scaffold é necessário haver um compromisso entre a sua densidade e porosidade, pois embora as propriedades mecânicas sejam melhores num scaffold mais

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denso, é a sua porosidade que fornece uma melhor taxa de adesão e incentiva a uma boa proliferação celular.46

As propriedades mecânicas, tal como a taxa e a extensão da regeneração variam muito com os materiais a partir do qual é feito o scaffold, pela sua arquitetura e porosidade, sendo também influenciadas pelo estado e pelo ambiente mecânico do local onde é colocado. Se a morfologia e a dimensão do defeito forem extensas e críticas, isso colocará em causa o mecanismo regenerativo. Muitos estudos in vivo demonstram o papel importante da sensibilidade mecânica do tecido ósseo e a interação entre os biomateriais e os ossos. A estabilidade mecânica e o potencial biológico do osso e os tecidos circundantes são bastante cruciais para a regeneração óssea e a cicatrização de fraturas, pelo que basta uma única mudança num destes fatores para afetar diretamente o resultado final.46