Projetos com Fibra

Desenvolvimento de reforços para tecidos ligamentosos com fibras compósitas biodegradáveis de PCL/PLA/PBG

A Plataforma Internacional Fibrenamics da Universidade do Minho integrou um consórcio, liderado pelo Instituto de Ciência e Inovação em Engenharia Mecânica e Engenharia Industrial (INEGI) da Universidade do Porto (UP) e do qual fizeram ainda parte a Universidade de Aveiro (UA) e a Rede de Competência em Polímeros (ARCP), que trabalhou para o Desenvolvimento de reforços para tecidos ligamentosos com fibras compósitas biodegradáveis de PCL/PLA/PBG. O projeto, financiado pela Fundação para a Ciência e Tecnologia (FCT), decorreu entre 2011 e 2014 e obteve resultados interessantes, que trazem boas notícias para todos aqueles que se vêm a braços com lesões nos ligamentos cruzados anteriores.

Lesões nos joelhos: um problema da sociedade moderna
Os nossos joelhos são constituídos pela patela (ou rótula), fémur, tíbia, menisco e três conjuntos de ligamentos: dois ligamentos cruzados (anterior e posterior), dois ligamentos colaterais (internos e externos), e ligamento do menisco. É do senso comum alertar para a importância de cuidar dos nossos joelhos, pela importância que eles têm. Isto acontece porque são estas articulações que suportam quer o peso do nosso corpo, quer as forças da gravidade, sendo que favorecem o movimento entre o fémur e a tíbia, dando uma maior mobilidade e estabilidade ao corpo, e são ainda extremamente importantes para o alongamento dos membros inferiores. Os ligamentos são estruturas físicas constituídas por inúmeros feixes de colagénio paralelos, densos e orientados de uma forma regular. Estes têm como função estabilizar as articulações onde estão inseridos.

Os ligamentos dos joelhos são sujeitos a inúmeros esforços, especialmente durante a prática de atividades desportivas, e por isso mesmo as lesões dos ligamentos são já consideradas um problema da sociedade moderna. Os números ajudam a perceber a dimensão do problema: estima-se que ocorram 200 mil lesões por ano, das quais 95 mil são ruturas totais dos ligamentos, uma lesão de grau III (o mais grave). Ainda de acordo com estes mesmos dados, que remontam a 2010 e dizem respeito apenas aos Estados Unidos da América (EUA), realizam-se cerca de 100 mil reconstruções de ligamentos cruzados anteriores por ano. Esta patalogia aparece frequentemente na agenda mediática dos órgãos de comunicação social precisamente pelo impacto que provoca no mundo do desporto, especialmente porque um dos grandes problemas associado a estas lesões é o longo período de recuperação que exige, afastando desportistas da competição por largos meses.

Solução inovadora com base em fibra
A equipa de desenvolvimento do projeto partiu da “ideia de criar materiais compósitos para os dispositivos médicos, reabsorvíveis, que permitissem a regeneração do tecido ligamentar sem sofrer frouxidão”, começa por dizer Rui Guedes, investigador do INEGI. “A frouxidão”, explica, “resulta da não recuperação das deformações cíclicas aplicadas ao dispositivo”. Para tal, “recorreu-se a um polímero biodegradável e biocompatível, neste caso ácido poliláctico (PLA), reforçado com nano partículas de carbono. Os nano reforços servem para reduzir a frouxidão”, prossegue o investigador, acrescentando que o “dispositivo deverá servir de suporte ao tecido natural, permitindo a sua regeneração e absorvendo os esforços.” Portanto, no final, resume Rui Guedes, “o dispositivo será absorvido pelo organismo, restando apenas o tecido natural regenerado”, conclui.

Esta resposta é inovadora na medida em que difere do que é prática comum hoje em dia. Atualmente, o que é feito é retirar outros ligamentos que existem no joelho para colocar como substituto no ligamento cruzado anterior. Ora esta solução levanta dois problemas: primeiro, os ligamentos apresentam propriedades similares, mas não exactamente iguais, o que acarreta problemas a longo prazo, especialmente no caso de desportistas; e segundo, o facto de se estar a danificar um ligamento para correção de outro implica um tempo de recuperação ainda maior. Na verdade, já existem alguns ligamentos artificiais, mas estes materiais não são a melhor resposta, visto que o tempo útil de resistência aos movimentos de tração, flexão e compressão – que assumem particular frequência na prática desportiva – é curto face às necessidades. “A longo prazo, estes materiais ficam frouxos e ganham deformações”, como esclarece a investigadora da Fibrenamics envolvida no projeto, Juliana Cruz. Posto isto, o grande desafio deste projeto foi encontrar uma solução que não danificasse nenhum ligamento próprio, bem como não passasse pela colocação de um ligamento artificial que a longo prazo necessite de substituição, exigindo nova intervenção cirúrgica – não raras vezes evasiva – e consequente período de recuperação.

“Os ligamentos têm a capacidade de se regenerar”, começa por elucidar Juliana Cruz, por isso o objetivo foi “criar um ligamento que desempenhasse essa função mecânica e auxiliasse o crescimento do ligamento natural”. Portanto, o conceito é implantar um ligamento artificial que desapareça no corpo à medida que o ligamento natural cresce até se regenerar por completo. Esta solução ganha particular importância porque ao invés de duas, passa a haver apenas uma zona de intervenção durante a cirurgia, o que reduz o risco de necessidade de futura intervenção cirúrgica derivada da frouxidão, e, ao não danificar nenhum outro ligamento, reduz o tempo de recuperação. A produção destas estruturas é relativamente simples, pois o ligamento natural é um conjunto de fibras alinhadas para trabalhar como um conjunto, e “a técnica dos entrançados permite mimetizar o ligamento”, como explica a investigadora da Fibrenamics.

“Podia ter sido outro tipo de tecnologia, mas dada a anatomia circular do próprio ligamento e a orientação dos filamentos, decidiu-se que a tecnologia dos entrançados seria a mais adequada”, remata.

Próximos passos na calha
Rui Guedes faz um balanço “francamente positivo” do projeto. E não é para menos: não só se conseguiu produzir dois ligamentos totalmente biodegradáveis, cujas fibras foram testadas em laboratório, em ratos, no âmbito da tese de doutoramento do investigador brasileiro ligado ao INEGI, André Vieira; como se produziu conhecimento relevante para a investigação na área, através da supra citada tese de doutoramento, e da tese de mestrado de Juliana Cruz. Este conhecimento lançou as bases para outros âmbitos de investigação que estão agora em curso, como explica Rui Guedes: “inicialmente pensado para a reparação do ligamento cruzado anterior em geral, [o desenvolvimento] poderá ser replicado para outros tecidos moles. O tendão de Aquiles é um exemplo mais imediato dessa transposição”.

Com o conhecimento do comportamento dos materiais biodegradáveis, e os inputs ao nível mecânico, o próximo passo é testar estas estruturas em animais, nomeadamente em ovelhas. De facto, a solução deverá passar por uma estrutura mista, ou seja, não totalmente biodegradável, dada a carência destes materiais. Ou seja, visto que as estruturas totalmente biodegradáveis tendem a, depois de certo ponto, degradar-se a uma velocidade muito superior à da regeneração do ligamento natural – o que não acontece com as fibras individualmente, que, como demonstraram os testes, têm um comportamento mais ou menos linear – poderá deixar-se alguns resíduos de fibras (que podem ser biodegradáveis a longo prazo) para suportar a carga mecânica até à total restauro do ligamento, sem prejuízo para a saúde de quem sofre da patologia. Esta combinação com outro tipo de materiais – nomeadamente suturas, materiais esses já validados e amplamente utilizados na área clínica, há vários anos – vai ainda permitir trabalhar a superfície do ligamento artificial de forma a acelerar o crescimento do natural.

Esta inovação promete revolucionar o tratamento de lesões desportivas, “mas ainda é muito cedo para indicar uma data concreta” para que seja possível industrializar a produção destas estruturas, como avisa Rui Guedes, pese embora reforce que a equipa tem “a expetativa de chegar a esse ponto”.

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