Gerry Koons, um estudante de MD / PhD na Faculdade de Medicina de Baylor e Rice, prepara um biorreator com impressão 3D para testes. (Crédito: Jeff Fitlow / Rice)
Uma nova técnica desenvolve osso vivo para reparar lesões craniofaciais, anexando um biorreator com impressão 3D - basicamente, um molde - a uma costela.
Células-tronco e vasos sangüíneos da costela infiltram o material do suporte no molde e o substituem por osso natural adaptado ao paciente.
O bioengenheiro Antonios Mikos, um pioneiro no campo da engenharia de tecidos, e seus colegas combinaram tecnologias que desenvolveram durante um programa de uma década. O objetivo é avançar na reconstrução craniofacial aproveitando os poderes curativos naturais do corpo.
Pesquisadores desenvolveram uma técnica para desenvolver implantes ósseos sob medida para reparar lesões de queixada na costela de um paciente. (Crédito: Mikos Research Group)
A técnica está sendo desenvolvida para substituir as técnicas atuais de reconstrução que usam tecidos de enxerto ósseo de diferentes áreas de um paciente, como a perna, o quadril e o ombro.
Substituto ósseo
"Uma grande inovação deste trabalho é alavancar um biorreator impresso pela 3D para formar ossos cultivados em outra parte do corpo, enquanto abrimos o defeito para aceitar o tecido recém-gerado", diz Mikos, professor de bioengenharia e engenharia química e biomolecular da Rice. Universidade e membro da Academia Nacional de Engenharia e da Academia Nacional de Medicina.
"Estudos anteriores estabeleceram uma técnica para criar enxertos ósseos com ou sem o próprio suprimento de sangue de osso real implantado na cavidade torácica", diz o co-autor Mark Wong, professor, presidente e diretor do departamento de cirurgia oral e maxilofacial da Escola. de Odontologia no Centro de Ciências da Saúde da Universidade do Texas, em Houston.
“Este estudo demonstrou que poderíamos criar enxertos ósseos viáveis a partir de materiais substitutos ósseos artificiais. A vantagem significativa dessa abordagem é que você não precisa colher o próprio osso de um paciente para fazer um enxerto ósseo, mas que outras fontes não autógenas podem ser usadas ”, diz ele.
Malha e coberto
Para provar seu conceito, os pesquisadores fizeram um defeito retangular nas mandíbulas das ovelhas. Eles criaram um modelo para impressão 3D e imprimiram um molde implantável e um espaçador, ambos feitos de PMMA, também conhecido como cimento ósseo. O objetivo do espaçador é promover a cicatrização e evitar que o tecido cicatricial preencha o local do defeito.
Eles removeram osso suficiente da costela do modelo animal para expor o periósteo, que serviu como fonte de células-tronco e vasculatura para semear o material de suporte dentro do molde. Os grupos de teste incluíram osso de costela esmagado ou materiais sintéticos de fosfato de cálcio para fazer o andaime biocompatível.
O molde, com o lado da nervura aberto para criar uma interface firme, permaneceu no local por nove semanas antes da remoção e foi transferido para o local do defeito, substituindo o espaçador. Nos modelos animais, o novo osso tricotado ao tecido velho e mole cresceu ao redor e cobriu o local.
Por que costelas?
"Nós escolhemos usar costelas porque elas são facilmente acessadas e uma fonte rica de células-tronco e vasos, que se infiltram no scaffold e se transformam em novo tecido ósseo que combina com o paciente", diz Mikos. “Não há necessidade de fatores de crescimento exógenos ou células que complicariam o processo de aprovação regulatória e a tradução para aplicações clínicas.”
Costelas oferecem outra vantagem. "Podemos potencialmente desenvolver osso novo em múltiplas costelas ao mesmo tempo", diz o co-autor Gerry Koons, um estudante de MD / PhD na Faculdade de Medicina Rice e Baylor que atualmente trabalha no laboratório de Mikos.
Usando o PMMA para o molde e espaçador foi uma decisão simples, diz Mikos, como tem sido regulamentado como um dispositivo médico para aplicações biológicas por décadas. Na Segunda Guerra Mundial, quando aviões de combate usavam pára-brisas de PMMA, os médicos notaram que fragmentos embutidos em pilotos feridos não causavam inflamação e, portanto, a consideravam benigna. Embora o objetivo inicial do estudo seja melhorar o tratamento de lesões no campo de batalha, o quadro geral inclui cirurgias civis também.
Os resultados aparecem no Proceedings, da Academia Nacional de Ciências.
Sobre os autores
Coautores adicionais são do Rice; o Centro de Ciências da Saúde da Universidade do Texas, em Houston; Baylor College of Medicine; Synthasome, Inc., San Diego; e Radboud University Medical Center, Holanda.
O Instituto de Medicina Regenerativa das Forças Armadas financiou a pesquisa. Apoio adicional para a pesquisa veio do National Institutes of Health, da Osteo Science Foundation, do Barrow Scholars Program, e da Robert and Janice McNair Foundation.
Fonte: Rice University
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