Materiais utilizados na engenharia de tecido ósseo

As potencialidades da engenharia de tecidos conduziram a um grande aumento da investigação nesta área na última década. São assim numerosos os artigos de revisão sobre os materiais usados na engenharia de tecidos [28, 73, 79-86] e, por isso, não se detalhará aqui as características dos vários materiais investigados, mas dar-se-á enfâse somente aos materiais escolhidos para este trabalho, designadamente um polímero sintético, o ácido poli-L-láctico e os vidros bioactivos.

i. Cerâmicos: vidros e vidros cerâmicos bioactivos

Os cerâmicos usados na engenharia de tecido ósseo são principalmente os fosfatos de cálcio, os vidros e vidros cerâmicos bioactivos. Dos fosfatos de cálcio constam a hidroxiapatite Ca10(PO4)6(OH)2 como também os fosfatos tricálcicos α e β e os fosfatos de cálcio com diversas

substituições dos iões Ca2+_{, PO}

43- e OH- que ocorrem em determinados tecidos [73]. Os elementos

substitutivos podem ser o F-_{, o Mg}2+_{, o Na}+ _{e o Si}4+ _{entre outros e estas substituições visam}

modular determinadas propriedades [87]. O interesse deste grupo de materiais para a engenharia de tecido ósseo deve-se principalmente ao facto dos fosfatos de cálcio serem reabsorvíveis e exibirem excelentes osteocondutividade e biocompatibilidade.

O outro grupo de materiais dentro dos cerâmicos com grande interesse é o dos vidros e vidros cerâmicos bioactivos. A descoberta dos vidros bioactivos por Hench e a definição da bioactividade já foram referidos anteriormente. Expõe-se então aqui os aspectos dos vidros bioactivos que os tornam interessantes para serem usados na engenharia de tecidos.

Em primeiro lugar, o facto dos biovidros terem a capacidade de formar uma interface biologicamente activa com os tecidos adjacentes assegura a osteointegração e elimina a possibilidade de ocorrer rejeição do implante.

O estudo realizado por Hench et al. que deu origem aos vidros bioactivos mais conhecidos e denominados por Bioglass® consistiu na investigação do comportamento de várias composições do sistema Na2O-CaO-P2O5-SiO2 com uma percentagem constante de P2O5 (6% ponderal).

Descobriram um leque de vidros com comportamentos diferentes dependendo da composição e delinearam neste sistema 3 regiões: uma região que contém composições com percentagens de SiO2 abaixo dos 55% e que exibem bioactividade, ligando-se a tecidos duros como a tecidos moles;

uma outra região em que as composições são reabsorvíveis in vivo num período entre 10 e 30 dias e uma terceira região em que as composições dão origem a vidros praticamente inertes. Existem muitas outras composições de vidros e vidros cerâmicos bioactivos tais como os Ceravital® e os Bioverit® [88, 89].

A adição de diversos óxidos tais como o MgO, Al2O3, Ta2O5, TiO2, K2O, AgO2 tem sido

investigada para variar as propriedades estruturais e, consequentemente, a reactividade superficial dos vidros como também para lhes conferir propriedades adicionais [88]. Por exemplo, a adição de AgO2 confere a propriedade de anti-bactericida [73]. Os vidros bioactivos podem também ser

submetidos à cristalização que permite diminuir a sua reactividade e consequentemente modular o seu carácter bioactivo podendo até transformar um vidro bioactivo num vidro cerâmico inerte [90,91]. É assim possível conceber vidros e vidros cerâmicos bioactivos com diferentes estruturas e diferentes reactividades para melhor adequação à aplicação final.

Adicionalmente, estudos recentes demonstraram que algumas composições de vidros bioactivos tais como o 45S5 Bioglass® são osteoindutores; os iões libertados da superfície do vidro aquando das reacções características da bioactividade podem induzir determinadas respostas intra e extracelulares tais como a diferenciação osteogénica de células estaminais da medula [92], o crescimento e a diferenciação de osteoblastos [93] ou ainda a activação de genes de osteoblastos envolvidos no crescimento ósseo [94].

ii. Polímeros

Existem duas classes de polímeros degradáveis usados na engenharia de tecidos: os naturais e os sintéticos. Dos polímeros naturais constam as proteinas tais como o colagénio, a seda e a fibrina; os polissacarídeos como a celulose, a quitina, a agarose, o alginato e o ácido hialurónico entre outros. Por sua vez, os polímeros sintéticos incluem várias classes: os poliesteres, as poliamidas, os polifosfazenos e os polianidridos entre outros. Os mais usados são os poliesteres dos quais constam por exemplo o policaprolactona, o policarbonato, os polihidroxialcanoatos, o ácido poliglicólico e o ácido poli-L-láctico (PLLA) [79].

Os polímeros sintéticos têm algumas vantagens sobre os polímeros naturais, dado que são mais facilmente processados sob diversos tamanhos e formas e as propriedades mecânicas e a degradação podem ser facilmente alteradas com elevada reprodutibilidade [73].

Relativamente ao PLLA sob a forma de scaffolds para regeneração óssea, este tem sido recentemente investigado como matriz, combinada com enchimentos cerâmicos bioactivos para a preparação de scaffolds compósitos. Nomeadamente, combinações de PLLA e de partículas micrométricas e nanométricas de vidros bioactivos têm sido preparadas dando origem a estruturas dotadas de bioactividade, maior biocompatibilidade e propriedades mecânicas melhoradas. A adição de biovidro tem mostrado ainda estabilizar o pH no tecido circundante ao implante onde possam permanecer produtos ácidos da degradação do PLLA [73, 95-97]. A adição de nanopartículas de hidroxipatite mostrou induzir um aumento da adsorção de proteinas sobre os

scaffolds [98] como também um aumento das suas propriedades mecânicas [99].

É ainda investigado a preparação de scaffolds de PLLA com diferentes técnicas afim de obter estruturas com diferentes morfologias. Nomeadamente, a separação de fases foi usada para obter estruturas com poros tubulares [100], e com poros esféricos quando combinada com agentes indutores de poros [101].

O PLLA é também combinado com outros polímeros afim de modular as suas propriedades. Por exemplo, compósitos de dextrano e PLLA apresentam uma maior hidrofilicidade

e uma maior biocompatibilidade em relação ao PLLA [102]. A modificação da superfície do PLLA com quitosano [103], colagénio ou ainda gelatina mostrou aumentar a biocompatibilidade com as células endoteliais e os condrócitos [104].