Continuando o tópico anterior sobre implantes e próteses , o mesmo grupo científico propôs uma interessante tecnologia para estudos laboratoriais do comportamento de um implante ortopédico em condições o mais próximo possível do corpo humano. O estudo pode ser realizado in vitro - ou seja, sem a participação de animais de laboratório.
Endoprótese - substituir uma articulação ou osso danificado por uma prótese de alta tecnologia é uma operação complexa que utiliza os mais avançados materiais metálicos, cerâmicos e poliméricos.
Qualquer material para o implante passa por uma série de testes, incluindo a biocompatibilidade e o comportamento do material sob estresse mecânico. Como os resultados desses estudos nas condições tradicionais de laboratório são muito diferentes dos indicadores reais de desgaste, para testar o comportamento do implante em um organismo vivo, ele é implantado no corpo de um animal de laboratório. Após algum tempo, geralmente cerca de um ano, o implante é removido e a biocompatibilidade e o envelhecimento do material são avaliados.
Cientistas do Center for Composite Materials NUST “MISiS”, juntamente com colegas da Universidade Técnica de Dortmund, desenvolveram uma tecnologia para prever o desgaste do material da prótese sob estresse mecânico em um ambiente próximo da realidade. Um fluido especialmente sintetizado simulando plasma sanguíneo humano e uma instalação servo-hidráulica de alta tecnologia substituíram completamente a amostra viva experimental.
Como material de pesquisa, foi utilizado um polietileno biomimético de peso molecular ultra-alto desenvolvido por cientistas do Centro de Materiais Compostos do NUST "MISiS".
"Fornecemos o material e propusemos o uso de plasma sintético, e nossos colegas da Universidade Técnica de Dortmund desenvolveram a tecnologia dos testes de fadiga e realizaram um experimento em seus equipamentos", comenta Fedor Senatov, Ph.D. (Física e Matemática), pesquisador do Center for Composite Materials of NUST MISIS. - O material foi submetido a dois tipos de carga mecânica, simulando a carga do fêmur e da tíbia: cíclica e estática. Graças a esse experimento, provamos que é possível prever in vitro o comportamento de um implante ortopédico no corpo humano sem recorrer a testes em animais. ”
“Nosso desejo era oferecer uma alternativa que reduzisse o número de testes em animais que são ineficazes e questionáveis do ponto de vista da ética em termos de avaliação das propriedades de fadiga. Outro aspecto foi a oportunidade de propor um novo método que permitisse testar o material do implante quanto à durabilidade em laboratório. Na prática global, ainda não existem padrões para o estudo das propriedades de fadiga de implantes em um ambiente biomimético, o que está associado a altos riscos de uso de novos materiais. Estamos trabalhando no campo do desenvolvimento de testes, o que nos permite prever com precisão a vida útil do material. Experiências semelhantes já foram realizadas por um grupo de professores Walter (nota - o chefe do grupo de pesquisa do lado alemão) para implantes metálicos e cerâmicos. Esse experimento é único para polímeros e não possui análogos mundiais ”, diz Marina Knyazeva, representante do grupo de pesquisa da Universidade Técnica de Dortmund.
Outra vantagem significativa da tecnologia de pesquisa proposta pelos cientistas é a economia de tempo. Se demorar cerca de um ano para avaliar o envelhecimento químico de um implante em um organismo vivo, serão necessários dezenas de anos para testes de durabilidade. Em condições in vitro, o processo de envelhecimento químico e desgaste pode ser significativamente acelerado. Se os indicadores de desgaste do material forem insatisfatórios, isso rapidamente se tornará conhecido e será possível continuar experimentos com outras amostras.
No entanto, é muito cedo para falar sobre o completo abandono do papel dos animais de laboratório no teste de materiais protéticos.
“Nossa tecnologia nos permitirá comparar vários materiais ao mesmo tempo, sem testar nenhum deles em animais. No entanto, quando o material mais ideal da lista for encontrado, ele precisará ser testado in vivo - em organismos vivos. Isso se deve principalmente à necessidade de verificar a biocompatibilidade do material e seus parâmetros ortopédicos - afinal, os pacientes podem encontrar uma variedade de características do sistema músculo-esquelético ”, explica Fedor Senatov.
Assim, os cientistas estão propondo uma tecnologia abrangente para estudar o comportamento do implante, onde experimentos sobre envelhecimento acelerado in vitro preverão a vida de um implante em potencial, e subsequentes testes in vivo determinarão sua biocompatibilidade.
O artigo original pode ser encontrado no
Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials .