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Contribuição do Instituto à preparação de polímero para próteses de articulações.

terça-feira, 27 de agosto de 2019 22:43

A artroplastia, cirurgia na qual se substitui uma articulação natural desgastada ou lesionada (como o joelho ou o quadril) por uma prótese, significa para muitas pessoas voltar a se movimentar normalmente e sem dor. Uma pesquisa científica conduzida por pesquisadores do Instituto Nacional de Engenharia de Superfícies e colaboradores mostra que um tratamento de superfície a plasma pode melhorar a vida útil e o desempenho de um material polimérico utilizado nesse tipo de prótese, além de esterilizá-lo.

Próteses de articulações são formadas por duas peças de metal ou cerâmica que se integram aos ossos do organismo e, entre elas, uma peça de material polimérico. Fundamental na prótese, a peça polimérica facilita o movimento, protege do desgaste os outros componentes e ajuda a distribuir o peso que o osso superior exerce sobre o inferior. O polímero escolhido é, geralmente, um polietileno conhecido como UHMWPE, que se adequa bem à aplicação por ser flexível, compatível com o organismo e bastante resistente ao desgaste (condição fundamental para garantir vida útil longa e, dessa maneira, evitar que o paciente precise passar por novas cirurgias para substituir a peça desgastada). Geralmente este polímero substitui a cartilagem, um dos motivos para a sua utilização.

Entretanto, a esterilização da prótese, um tratamento extremamente necessário, costuma atentar contra as boas propriedades do UHMWPE. De fato, para evitar a proliferação de germes na peça polimérica, podem ser usados diversos processos de esterilização, baseados em produtos químicos, alta temperatura ou radiação ultravioleta. O problema é que eles acabam degradando o material, o que prejudica sua vida útil e desempenho. Nesse contexto, existe uma busca por métodos de esterilização alternativos e menos agressivos para o material, como processos baseados em plasmas e realizados a baixa temperatura.

Conhecido como o quarto estado da matéria, o plasma é um gás no qual uma parte significativa das espécies (átomos e moléculas), ou todas elas, estão ionizadas, isto é, eletricamente carregadas e com alta energia. Essas espécies, tendem a interagir com outras e, nessa interação, acabam destruindo as células dos germes.

Em uma pesquisa realizada na Universidade de Caxias do Sul (UCS), uma equipe de pesquisadores tratou amostras de UHMWPE com um processo baseado a plasma de hidrogênio e oxigênio, realizado a baixa temperatura. A equipe testou diversas condições de tratamento, mudando a proporção de gases, potência aplicada para ionizá-los e duração do processo.

Os pesquisadores analisaram a eficiência do tratamento na esterilização do material. Além disso, utilizaram uma série de técnicas experimentais para avaliar o impacto do tratamento nas características da superfície do material tratado, inclusive sua molhabilidade, que é a capacidade de um material se molhar (hidrofilia) ou manter seco (hidrofobia) quando está em contato com um líquido. Essa propriedade é bastante relevante para materiais usados em medicina por influir na maior ou menor adesão de células ao material. Finalmente, realizaram testes biológicos in vitro (aqueles que simulam, no laboratório, condições de organismos vivos reais) visando a estudar interações do material tratado com o corpo humano.

Como resultado deste trabalho, a equipe verificou que os tratamentos a plasma de baixa temperatura garantem uma esterilização adequada, quando aplicados por pouco mais de 10 minutos. Além disso, o estudo demonstrou que o tratamento modificou a superfície do material, tornando-a mais adequada à aplicação em próteses, sem prejudicar a estrutura interna e as propriedades mecânicas do polímero, as quais garantem bom desempenho e vida útil do material na prótese.

"A área biomédica necessita de materiais que sejam versáteis, ao mesmo tempo muitas propriedades são solicitadas quando estes materiais são utilizados como próteses ou órteses", diz Cesar Aguzzoli, professor da UCS e pesquisador do Instituto Nacional de Engenharia de Superfícies, e um dos autores principais do estudo, junto ao mestrando Cristian Padilha Fontoura e à pesquisadora Melissa Machado Rodrigues, que é bolsista de pós-doutorado do Instituto Nacional de Engenharia de Superfícies. "Este trabalho mostra o desenvolvimento de uma modificação em um material que poderá ser aplicado no corpo humano por meio de um tratamento simples, tecnológico e industrialmente viável", completa.

O trabalho foi desenvolvido por uma equipe de professores e estudantes da UCS, das áreas de Materiais e Biotecnologia, com financiamento do CNPq, inclusive através do INCT de Engenharia de Superfícies, e da Capes.

O estudo foi reportado no seguinte artigo científico:

Investigation of plasma treatment on UHMWPE surfaces: Impact on physicochemical properties, sterilization and fibroblastic adhesion. RODRIGUES, MELISSA MACHADO ; FONTOURA, CRISTIAN PADILHA ; GARCIA, CHARLENE SILVESTRIN CELI ; MARTINS, SANDRO TOMAZ ; HENRIQUES, JOÃO ANTONIO PÊGAS ; FIGUEROA, CARLOS ALEJANDRO ; ROESCH-ELY, MARIANA ; AGUZZOLI, CESAR . Materials Science & Engineering C-Materials for Biological Applications, v. 102, p. 264-275, 2019.

Fonte: Gerência de Comunicação do Instituto Nacional de Engenharia de Superfícies

Palavras-chave: biotecnologia, desgaste, engenharia de materiais, engenharia de superfície, engenharia de superfícies, esterilização, Instituto Nacional de Engenharia de Superfícies, molhabilidade, plasma frio, polímero, prótese de joelho, prótese de quadril. uhmwpe, UCS