Esses materiais poderiam melhorar significativamente a qualidade da reparação óssea em comparação com as cerâmicas, que são necessariamente macroporosas, se reabsorvem com dificuldade e resultam na formação de um osso com baixa taxa de remodelação.
a) Micrografia SEM de osso compacto humano descalcificado em baixo aumento. Escala: 50 µm.
b) Mesma amostra em alto aumento. Escala: 5 µm.
c) Micrografia SEM de um material sintético à base de colágeno com uma estrutura biomimética densa e organizada (Col100). Escala: 5 µm.
d) Micrografia SEM de uma rede fibrilar de colágeno não organizada com grandes espaços interfibrilares (Col40). Escala: 2 µm.
O esquema abaixo de (b) ilustra a organização em contraplacado.
O tecido ósseo é composto por uma matriz híbrida orgânica/inorgânica, constituída principalmente por fibrilas de uma proteína chamada colágeno e nanopartículas de apatita (HA), a fase cristalina mais estável do fosfato de cálcio. É essa composição única que confere aos ossos suas propriedades mecânicas.
O osso é um tecido notável que apresenta uma impressionante capacidade de autorreparação. No entanto, em casos de defeitos significativos, essa capacidade inata de regeneração muitas vezes é insuficiente. As abordagens tradicionais de reparação óssea dependem do uso de enxertos ósseos autólogos, ou seja, onde o doador e o receptor são a mesma pessoa. Esses enxertos são muito eficazes devido às suas propriedades biológicas, que garantem a aceitação do enxerto, um bom crescimento ósseo e uma rede vascular estabelecida.
No entanto, esses enxertos ósseos autólogos apresentam algumas limitações, como uma certa morbidade relacionada ao local doador e a disponibilidade de uma quantidade suficiente de osso para a coleta. Por isso, a pesquisa tem se voltado para o desenvolvimento de substitutos ósseos alternativos capazes de apoiar eficazmente a regeneração dos tecidos.
As cerâmicas, e em particular as biocerâmicas, materiais de base mineral, são amplamente utilizadas na prática clínica para a reparação de tecidos ósseos. Embora apresentem propriedades mecânicas (rigidez) ideais, sua reabsorção no organismo ainda pode ser melhorada, principalmente porque as propriedades conferidas pela matriz orgânica estão ausentes (vídeo).
Nesse contexto, cientistas do Laboratório de Química da Matéria Condensada de Paris (CNRS/Sorbonne Université), em colaboração com médicos hospitalo-universitários (Universidade Paris Cité, Universidade Paris Nord, Hospital Bichat, INSERM), veterinários (IMM) e acadêmicos (ENS Lyon), desenvolveram materiais projetados por auto-montagem biomimética que controla o arranjo preciso do colágeno e da apatita. Eles obtiveram uma estrutura mais próxima do osso natural do que qualquer outro biomaterial existente no mercado.
Uma série de técnicas de análise, incluindo histopatologia, tomografia assistida por computador, difração de raios X em ângulo amplo, microindentação e microscopia eletrônica, foi utilizada para avaliar o desempenho biológico, mecânico e estrutural desses novos materiais. Os resultados demonstram sua capacidade de melhorar significativamente a qualidade da reparação óssea em comparação com as cerâmicas.
Esses materiais biomiméticos não apenas promovem a colonização celular, mas também permitem que os processos naturais de reabsorção e remodelação se desenvolvam, levando a uma cura mais rápida e completa. Além disso, esses resultados demonstram pela primeira vez que os padrões estruturais da matriz óssea podem estar envolvidos em seu desempenho como enxerto.
Esses trabalhos, publicados na Nature, abrem novos caminhos para o desenvolvimento de biomateriais competitivos para a reparação e regeneração óssea, além de estabelecer modelos relevantes que podem melhorar nossa compreensão fundamental da biomineralização óssea.
Redator: CCdM
Referência
Marc Robin, Elodie Mouloungui, Gabriel Castillo Dali, Yan Wang, Jean-Louis Saffar, Graciela Pavon-Djavid, Thibaut Divoux, Sébastien Manneville, Luc Behr, Delphine Cardi, Laurence Choudat, Marie-Madeleine Giraud-Guille, Anne Meddahi-Pellé, Fannie Baudimont, Marie-Laure Colombier & Nadine Nassif.
Mineralized collagen plywood contributes to bone autograft performance
Nature 2024
https://doi.org/10.1038/s41586-024-08208-z