Cada vez mais, o tratamento de defeitos ósseos causados por tumores cancerígenos ou infeções ósseas faz uso de substitutos biocompatíveis produzidos através de técnicas de engenharia de tecidos e fabricação aditiva. Estes substitutos não só preenchem o defeito, como também promovem a regeneração do tecido perdido e fornecem suporte estrutural. 

 

É importante desenvolver estratégias que permitam eliminar as células tumorais remanescentes ao redor dos defeitos ósseos, prevenindo uma possível recidiva tumoral, evitando terapias convencionais, como a radioterapia ou quimioterapia, que podem ter efeitos secundários prejudiciais ao paciente. 

 

Fabricar substitutos ósseos sintéticos que possam cumprir, simultaneamente, a função de regeneração de defeitos ósseos induzidos por tumores e terapia localizada é uma solução inovadora e menos invasiva para o tratamento de tumores ósseos, mas representa um grande desafio científico e tecnológico. É este o desafio que o projeto 2BBone enlaçou!

 

Leia a entrevista de Susana Olhero, professora auxiliar na Universidade de Aveiro e responsável do projeto cofinanciado pelo COMPETE 2020, onde faz um ponto de situação e dos resultados alcançados no âmbito do projeto 2BBone.

 

A ideia do projeto 2BBone surgiu na sequência de trabalhos de investigação já iniciados, em que o objetivo primordial era suprimir o processo de sinterização no desenvolvimento de estruturas porosas tridimensionais (scaffolds) à base de materiais biocerâmicos, para aplicações na engenharia de tecido ósseo. A possibilidade de eliminar a etapa de sinterização na consolidação destes materiais conduziu à ideia de fabricar este tipo de estruturas por manufatura aditiva, ambicionando o desenvolvimento de scaffolds multifuncionais: (i) scaffolds com propriedades adequadas para regeneração óssea e com (ii) capacidade de libertarem fármacos para tratamento de infeções localizadas, e/ou (iii) aquecerem quando submetidos a um campo elétrico alternado, possibilitando o tratamento local de cancro por hipertermia. 

 

De facto, a sinterização, uma etapa comum no fabrico de materiais cerâmicos que envolve elevados gastos energéticos, impossibilita a adição de biomoléculas ou qualquer componente orgânico bioativo na etapa de consolidação deste tipo de scaffolds, uma vez que as elevadas temperaturas utilizadas (> 1000 ºC) destroem estes aditivos. Assim, desenvolver feedstock (pastas/tintas) para uma técnica de manufatura aditiva por extrusão (robocasting), incluindo na sua composição elevadas quantidades de fosfatos de cálcio (biomateriais cerâmicos usados na reparação e regeneração óssea) e outras biomoléculas como fármacos, fatores de crescimento ou partículas magnéticas, foi a principal motivação do projeto 2BBone. 

 

 

O elemento diferenciador do projeto foi, sem dúvida, o fabrico de estruturas tridimensionais porosas (scaffolds) de base cerâmica multifuncionais por manufatura aditiva, não utilizando a etapa de sinterização. A não utilização desta etapa torna o processo de fabrico deste tipo de componentes mais económico, sendo possível produzir uma matriz de suporte para transporte de biomoléculas, como por exemplo de fármacos. Foi possível desenvolver pastas para manufatura aditiva por uma tecnologia de extrusão (robocasting) que deram origem a scaffolds com propriedades mecânicas muito próximas a scaffolds sinterizados, com geometria e macroporosidade semelhantes.   

 

 

Os principais desafios centraram-se no desenvolvimento das pastas com as propriedades reológicas adequadas para a impressão. A junção dos vários componentes (fosfatos de cálcio, polímeros naturais, fármacos e partículas magnéticas) de forma homogénea e nas proporções adequadas, para obtenção de um produto final com propriedades mecânicas e biológicas apropriadas à aplicação, foi um trabalho muito exigente. A obtenção de fosfatos de cálcio com propriedades magnéticas intrínsecas, de forma a evitar o uso de nanopartículas magnéticas (magnetite), foi outro grande desafio. Os efeitos secundários das nanopartículas magnéticas são ainda desconhecidos e controversos, pelo que as utilizações de fosfatos de cálcio magnéticos poderão trazer enormes vantagens para diversas aplicações na engenharia de tecidos. 

 

 

Os resultados alcançados deram origem a várias publicações em revistas científicas, teses de mestrado, registo de uma patente, e várias comunicações orais e poster em conferências nacionais e internacionais.  Gostaria de destacar o desenvolvimento, com sucesso, de:

 

• Pastas injetáveis magnéticas para manufatura aditiva por técnicas de extrusão, que deu origem ao seguinte registo de patente: Pedido provisório de patente N.º 117362 com o título: “Pasta magnética compreendendo pó biocerâmico magnético para manufatura aditiva por técnicas de extrusão” (2021).

 

•  Scaffolds compósitos com elevadas concentrações de fosfatos de cálcio, com propriedades mecânicas semelhantes a scaffolds sinterizados. Trabalho publicado aqui: https://doi.org/10.1016/j.msec.2022.112690.

 

• Scaffolds multifuncionais, publicado aqui: 10.1088/1748-605X/abac4c

 

Os desenvolvimentos projetados no 2BBone permitiram avanços significativos no fabrico de biomateriais multifuncionais para reparação/regeneração óssea e tratamento de cancro localizado por hipertermia, abrindo portas para desenvolvimentos futuros de scaffolds multicamada para regeneração de vários tipos de tecidos em simultâneo.