Unesp desenvolve revestimento com ação anticorrosiva, antibacteriana e bioativa para próteses metálicas

Quando uma prótese de joelho ou mesmo de dente falha, seja por deterioração, instabilidade, infecções ou resposta inflamatória do organismo, o paciente muitas vezes precisa voltar à mesa de cirurgia. Além do custo elevado e do desconforto para o envolvido, esses procedimentos costumam ter taxas de sucesso menores do que as cirurgias primárias e geram impactos econômicos indiretos, como afastamentos do trabalho e perda de produtividade.

Diante desse cenário, a pesquisadora Mayara Carla Uvida desenvolveu, durante seu doutorado no Instituto de Química (IQ) da Unesp, em Araraquara, um revestimento híbrido multifuncional para implantes metálicos. O material é capaz de impedir a corrosão de próteses, inibir a ação de bactérias, além de favorecer a adesão de células ósseas, o que melhora a integração ao corpo.

“Quando falamos de biomateriais e implantes, as interações com o nosso organismo começam na superfície. É ela que entra em contato com os fluidos biológicos, as células, proteínas e bactérias. Mesmo que o material interno seja resistente, é a superfície que vai ditar as respostas iniciais no nosso corpo ao implante”, explica a cientista.

Como a pesquisa foi desenvolvida

O desenvolvimento desse revestimento envolveu uma combinação de química de materiais, engenharia de superfícies e testes biológicos. Para que esse revestimento (filme) funcionasse sobre o metal sem se soltar ou degradar rapidamente dentro do organismo, a primeira etapa foi preparar o titânio, removendo impurezas e o óxido natural que se forma quando o metal entra em contato com o ar. Isso garante uma superfície “limpa” para receber o revestimento.

Com essa etapa inicial concluída, o titânio estava pronto para receber o filme híbrido desenvolvido ao longo do doutorado. Esse revestimento é composto por duas camadas. A primeira contém um material já empregado em lentes intraoculares e próteses – um polímero (PMMA – polimetilmetacrilato) combinado à sílica, um componente inorgânico biocompatível e quimicamente estável. De acordo com Mayara, a união desses dois materiais confere ao revestimento uma estrutura densa, com baixa porosidade, além de uma adesão extremamente alta à superfície do metal, atuando como uma barreira quase impermeável à corrosão.

A segunda camada, mais superficial, recebeu a incorporação de fosfatos de cálcio como hidroxiapatita e beta-fosfato tricálcico, que apresentam semelhança química com os minerais do osso, além de fosfato de prata, responsável pela liberação controlada de íons com ação antibacteriana. Dessa forma, o revestimento favorece a integração com o tecido ósseo e dificulta a formação de colônias de bactérias.

De acordo com Mayara, para chegar a essa composição, diferentes formulações foram testadas com variações nas concentrações e nas combinações dos aditivos. “Os melhores resultados surgiram justamente nas composições que combinaram os fosfatos de cálcio com o fosfato de prata, uma combinação que ajudou a obter boa resposta celular e atividade antibacteriana ao mesmo tempo”, conta.

De acordo com Peter Hammer, docente do Instituto de Química da Unesp e orientador da Mayara, o revestimento representa um avanço relevante para o campo de biomateriais. “A prevenção de infecções e de falhas protéticas é um fator determinante para reduzir cirurgias de revisão e melhorar a qualidade de vida dos pacientes, o que torna esse tipo de abordagem bastante promissora”, afirma.

Do laboratório à cultura de células

Depois de produzidos, os revestimentos passaram por uma série de testes que envolveu tanto a caracterização físico-química quanto a avaliação biológica. No laboratório, foram utilizadas técnicas como espectroscopia de raios-X, difração de raios-X e diferentes tipos de microscopia para verificar a composição, a morfologia e a espessura do revestimento, além de medir sua adesão e rugosidade. Entre os ensaios mais importantes esteve a espectroscopia de impedância eletroquímica, utilizada para avaliar a resistência à corrosão em soluções que simulam fluidos corporais, já que o ambiente interno do organismo é rico em íons e pode acelerar processos de degradação do metal.

Essas análises complementaram um conjunto de estudos biológicos realizados em colaboração com outros laboratórios. A parte relacionada à interação com células osteoblásticas, responsáveis pela formação do tecido ósseo, foi conduzida na Universidade Laval, no Canadá, onde a pesquisadora fez estágio doutoral sob supervisão do professor Diego Mantovani. Lá, ela teve acesso a infraestrutura específica para ensaios de biomateriais. Já os testes microbiológicos, focados em avaliar a formação de colônias de bactérias, foram realizados no Paraná, em uma instalação do professor Mantovani no Parque Científico e Tecnológico Biopark. Esses testes permitiram medir a ação do fosfato de prata sobre bactérias comuns, como Escherichia coli e Staphylococcus aureus.

De acordo com os pesquisadores, essa etapa demandou uma quantidade significativa de amostras, não apenas para garantir a repetibilidade dos testes, mas também porque ensaios biológicos exigem réplicas em grande número para que os resultados tenham validade estatística.

“A Mayara realmente se dedicou bastante. Apesar de ser um doutorado em química, o trabalho exigiu uma abordagem multidisciplinar, obrigando-a a se aprofundar na área biológica para fazer os testes avançarem”, destaca o professor Hammer.

Da bancada ao paciente

Apesar dos resultados animadores, o revestimento ainda se encontra na esfera de laboratório, e existe um longo caminho entre um protótipo validado e um produto que possa ser utilizado em ambiente clínico. Essa transição envolve diferentes etapas, que passam por testes em maior escala, estudos complementares de mecanismos de interação biológica, ensaios pré-clínicos e clínicos, além das exigências regulatórias impostas por órgãos de saúde. Nenhuma dessas etapas costuma avançar sem a participação ativa da indústria, o que representa um grande desafio, segundo o professor Hammer.

Um ponto favorável desta abordagem é que a tecnologia utiliza materiais relativamente acessíveis e processos simples, o que tende a torná-la competitiva caso avance para estágios mais aplicados.

“A tendência é que a área de biomateriais continue crescendo, se aproximando de outras disciplinas e consolidando, aos poucos, pontes entre o laboratório e o sistema de saúde”, pondera o professor Hammer.