Em um avanço para a medicina regenerativa, um novo estudo de pesquisadores do Instituto de Materiais IMDEA demonstrou o potencial de microrredes de carbono impressas em 3D como arcabouços estruturalmente ajustáveis para engenharia de tecidos ósseos. Especificamente, os arcabouços foram fabricados utilizando estruturas de diacrilato de polietilenoglicol (PEGDA) impressas em 3D, que são transformadas em carbono pirolítico (PyC) por meio de tratamento em alta temperatura.
Suas descobertas, publicadas na Small Structures, abrem caminhos promissores para o uso de materiais à base de carbono na engenharia de tecidos ósseos, um campo em busca de biomateriais que combinem robustez mecânica, biocompatibilidade e design personalizado com precisão geométrica.
“Este estudo apresenta a primeira avaliação in vitro abrangente de scaffolds de PyC impressos em 3D para regeneração óssea. Nosso objetivo era ir além dos materiais de scaffold convencionais e explorar o carbono como uma plataforma totalmente arquitetada e ajustável para engenharia de tecidos. Embora outras formas de carbono, como grafeno ou nanotubos de carbono, tenham se mostrado promissoras na regeneração óssea, elas normalmente requerem incorporação em polímeros, o que muitas vezes mascara seu verdadeiro potencial”, disse o Dr. Monsur Islam, da IMDEA Materials.
“Ficamos entusiasmados com a ideia de usar carbono puro, moldado inteiramente por impressão 3D e pirólise, para criar scaffolds com propriedades mecânicas e químicas programáveis. O que é realmente notável é que essas estruturas podem guiar o comportamento celular, promovendo proliferação ou osteogênese, sem quaisquer revestimentos de superfície ou aditivos bioativos. É isso que faz este trabalho parecer um ponto de virada para o carbono na medicina regenerativa.”
A equipe por trás da publicação, liderada pelo Dr. Islam, também inclui os pesquisadores de Materiais da IMDEA Dr. Wei Tang, pirólise é um processo no qual materiais orgânicos são decompostos em altas temperaturas na ausência de oxigênio.
No estudo, realizado como parte do projeto 3D-CARBON das Ações Europeias Marie Skłodowska Curie, o PEGDA, uma resina orgânica fotossensível, foi usado pela primeira vez para impressão 3D de resina baseada em luz UV, onde complexas estruturas 3D PEGDA foram fabricadas em um processo de fotopolimerização camada por camada.
Essas estruturas foram posteriormente submetidas a um processo de pirólise de alta temperatura, resultando na formação de uma estrutura à base de carbono que exibia propriedades mecânicas, elétricas ou térmicas aprimoradas, dependendo das condições de processamento.
É importante destacar que as estruturas originais sofreram uma contração geométrica significativa (até ~80%), mantendo a geometria original. Essa contração permitiu uma resolução de impressão maior em comparação com o processo de impressão 3D UV, levando à fabricação de geometrias de poros semelhantes às do osso nativo.
Os pesquisadores também demonstraram como a variação da temperatura de pirólise de 500 a 900 °C ajustou efetivamente as propriedades físicas e biológicas das microredes de carbono resultantes.
Em temperaturas mais altas, o carbono se torna mais condutivo e mecanicamente robusto, com valores de elasticidade e dureza próximos aos do osso natural, tornando-os particularmente promissores para aplicações clínicas em reparo ósseo.
Curiosamente, o estudo mostra que os arcabouços de PyC criados em temperaturas de pirólise mais baixas retêm mais grupos de superfície contendo oxigênio, levando a uma maior atividade metabólica e proliferação celular. Isso sugere que o ajuste dos parâmetros de pirólise oferece uma ferramenta poderosa para direcionar o comportamento celular.
Ao contrário de muitos materiais de andaimes existentes, como polímeros sem resistência ou cerâmicas extremamente desafiadoras de processar na escala geométrica do osso nativo, essas microredes PyC oferecem uma rara combinação de processabilidade, biocompatibilidade, resiliência mecânica e ajuste de superfície.
Além disso, sua compatibilidade potencial com o monitoramento baseado em ressonância magnética apresenta uma vantagem notável sobre implantes baseados em metal. Para saber mais sobre o material acesse o site.
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