Um novo hidrogel injetável contendo polieteretercetona para regeneração óssea na região craniofacial

Scientific Reports volume 13, Número do artigo: 864 (2023) Citar este artigo

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A polieteretercetona (PEEK) é um material orgânico introduzido como alternativa aos implantes de titânio. Os hidrogéis injetáveis ​​são a abordagem mais promissora para a regeneração óssea na cavidade oral para preencher os defeitos com formas e contornos irregulares de forma conservadora. No presente estudo, hidrogéis injetáveis ​​de aldeído-celulose nanocristalina/fibroína de seda (ADCNCs/SF) contendo PEEK foram sintetizados e sua capacidade de regeneração óssea foi avaliada. A estrutura, a interação intermolecular e a reação entre os componentes foram avaliadas na estrutura do hidrogel. A citocompatibilidade dos andaimes fabricados foi avaliada em células-tronco da polpa dentária humana (hDPSCs). Além disso, a capacidade de osteoindução de hidrogéis ADCNCs/SF/PEEK em hDPSCs foi avaliada usando PCR em tempo real, Western blot, coloração vermelha de alizarina e atividade de ALP. A formação óssea em defeitos de tamanho crítico no crânio de ratos foi avaliada histológica e radiograficamente. Os resultados confirmaram a fabricação bem-sucedida do hidrogel e sua capacidade de indução osteogênica em hDPSCs. Além disso, na fase in vivo, a formação óssea foi significativamente maior no grupo ADCNCs/SF/PEEK. Portanto, a regeneração óssea aprimorada em resposta aos hidrogéis carregados com PEEK sugeriu seu potencial para regenerar a perda óssea na região craniofacial, envolvendo explicitamente os implantes dentários.

Nas últimas décadas, a engenharia de tecidos ósseos apresentou uma alternativa promissora para a reconstrução de defeitos ósseos na região craniofacial1,2,3. Defeitos ósseos nessa área ocorrem devido a anomalias congênitas, infecções e subsequente reabsorção óssea por trauma, ressecção tumoral e extração dentária4,5. Esses defeitos afetam significativamente a qualidade de vida dos pacientes e devem ser tratados para recuperar a função e a estética maxilofaciais6,7.

Estruturas ósseas dinâmicas exibem habilidades regenerativas notáveis ​​na reconstrução de defeitos menores que o tamanho crítico. Defeitos de tamanho crítico não têm capacidade de autocura e precisam de intervenção de reconstrução adicional8. Abordagens convencionais para o tratamento desse tipo de defeito ósseo, como enxertos ósseos autólogos/alogênicos e próteses metálicas, são limitadas pela morbidade e escassez de áreas doadoras, possibilidade de reabsorções e fabricação e modelagem complicadas para preencher defeitos irregulares9,10. Devido a essas limitações, as abordagens de engenharia de tecido ósseo com hidrogéis poliméricos 3D biodegradáveis ​​e biocompatíveis podem ser consideradas como um potencial candidato para aumentar a eficácia dos protocolos de tratamento, melhorando a proliferação e diferenciação de células-tronco. Propriedades semelhantes de hidrogéis à matriz extracelular óssea nativa (ECM) e entrega de fatores osteogênicos são as principais características que tornam um hidrogel adequado para a regeneração óssea. Outra característica essencial que deve ser considerada é a injetabilidade desses hidrogéis, que oferece uma ampla gama de vantagens em relação aos hidrogéis pré-fabricados11,12,13. Esses hidrogéis injetáveis ​​demonstram excelente suporte para infiltração, fixação, proliferação e diferenciação de células-tronco quando fabricados com polímeros e substâncias adequados. Além disso, o fácil manuseio, a administração minimamente invasiva e o preenchimento dos defeitos ósseos de formato irregular são as vantagens desses hidrogéis injetáveis ​​na aplicação clínica, além da comodidade dos pacientes14,15,16,17,18.

Vários biomateriais têm sido aplicados para reconstruir tecido ósseo danificado e perdido19,20,21. A polieteretercetona (PEEK) é um promissor polímero orgânico e sintético com estrutura semicristalina. Tornou-se mais popular devido à sua alta biocapacidade, radiolucência e elasticidade semelhante ao osso natural em comparação com materiais metálicos como o titânio (Ti)22,23,24. Além disso, segundo relatos, os implantes de titânio e suas ligas demonstraram liberação de íons metálicos, osteólise, alergenicidade e corrosão metálica durante a reconstrução de defeitos ósseos na região craniofacial25,26. A aplicação do PEEK em diferentes substratos e materiais há mais de 40 anos aprova suas grandes capacidades de aplicação de biomateriais. Como um polímero de alto desempenho, o PEEK apresenta excelente resistência química, alta temperatura de fusão de 340 °C, resistência superior à radiação e à esterilização, alto módulo de elasticidade de 3,7 a 4,0 GPa e alta resistência à tração de 103 MPa27. Entre os materiais protéticos, o PEEK é amplamente utilizado como componente devido à sua boa estabilidade térmica e propriedades mecânicas semelhantes ao osso natural. Essas propriedades ajudam os compósitos à base de PEEK a promover a regeneração óssea e retardar a reabsorção do osso adjacente28. Uma ampla gama de implantes de coluna foi feita de PEEK, incluindo gaiolas, hastes e parafusos, que são projetados para permanecer rígidos enquanto os ossos se fundem gradualmente29,30,31,32. As características mais notáveis ​​do PEEK, que o tornam um bom material na região craniofacial, incluem, entre outras, excelentes propriedades mecânicas, radiolucência natural e reduzida transformação térmica19,33. Além disso, existem várias evidências em relação à redução da osteólise, aumento da formação óssea e suporte à mineralização inicial ao redor dos implantes de PEEK19. No entanto, alguns estudos mostraram que esse substrato não é tão bioativo quanto o Ti; portanto, sugerem a incorporação do PEEK a outros materiais22,34,35.