Um treino para implantes de cartilagem

Seja decorrente de uma queda no campo de futebol ou de uma colisão aparentemente inofensiva com uma mesa de centro, uma pequena lesão na cartilagem do joelho pode ter grandes consequências. Na pior das hipóteses, o ponto fraco dá origem a artrite grave e um joelho artificial é a única esperança. No entanto, se o problema for detectado precocemente, a deterioração adicional pode ser evitada por um reparo de remendo. A candidata a doutorado Meike Kleuskens desenvolveu um “dispositivo de treinamento” para testar como esses implantes de cartilagem se comportam sob tensão considerável.

Seus joelhos têm que aguentar muito. Mesmo a caminhada suave sujeita a joelho a uma barragem constante de forças: compressão, estiramento, cisalhamento. Então o flexível cartilagem na articulação do joelho tem uma estrutura engenhosa, explica Meike Kleuskens. “Graças à curvatura única das fibras elásticas de colágeno na cartilagem, as forças são distribuídas uniformemente por todo o tecido. Isso não é algo que podemos simular com a atual geração de implantes.”

Mesmo uma lesão relativamente pequena na cartilagem prejudica essa distribuição de forças, causando danos nos tecidos em outras partes da articulação do joelho. A cartilagem então começa a se desgastar e, eventualmente, até mesmo o osso circundante pode ser danificado. “Em algum momento, toda a articulação deve ser substituída por um joelho artificial”, diz Kleuskens. “Mas isso é uma grande cirurgia, algo que você não quer realizar mais de uma vez.” No entanto, infelizmente, os joelhos artificiais duram apenas quinze a vinte anos. Assim, torna-se aconselhável adiar a operação pelo maior tempo possível, sobretudo tendo em conta o aumento da longevidade das pessoas.

Tecido em crescimento

Isso explica por que as maneiras de reparar dano tecidual imediatamente estão sendo avidamente procurados em todo o mundo, para evitar que mais tarde tenha efeitos tão devastadores. Como ainda não existem implantes sintéticos com as propriedades corretas, a esperança está na engenharia de tecidos. Isso envolve o crescimento de pedaços de tecido novo a partir das próprias células do corpo – neste caso, células de cartilagem – suportadas por uma estrutura sintética, porém biodegradável (ou ‘matriz’). Este cultivo pode ocorrer no laboratório ou dentro do corpo; uma vez que o implante está no lugar, o tecido se desenvolve naturalmente dentro dele à medida que a matriz decai gradualmente.

A situação é ainda mais complicada pelo fato de que o joelho deve ser capaz de suportar forças tão grandes. A experiência mostra que quando o implante não se integra suficientemente com o tecido circundante, o resultado da cirurgia geralmente é ruim. Além disso, leva meses até que o implantar é, por assim dizer, ‘totalmente crescido’ e pode realmente resistir a essas forças, explica Kleuskens.

Em seu projeto de doutorado no grupo de Biomecânica Ortopédica do Departamento de Engenharia Biomédica, ela estudou as circunstâncias mais propícias para o crescimento de implantes e sua integração na cartilagem existente. Sua pesquisa foi baseada em ‘tampões’ cilíndricos de cartilagem em um disco de osso medindo um centímetro de diâmetro.

Mas, infelizmente, as células da cartilagem nem sempre fazem o que você espera. As células cultivadas da maneira usual, em um prato, muitas vezes produzem o tipo errado de colágeno, conta o doutorando de Venlo. “É por isso que esses implantes geralmente não são um sucesso, especialmente em pacientes mais velhos”. Em vez disso, a equipe da Orthopaedic Biomechanics conseguiu produzir pedaços tridimensionais de tecido em frascos de cultura de células contendo pedaços de material de matriz. Esses organoides, como são chamados, medindo aproximadamente 0,25 milímetro de diâmetro, ela então implantou nos tampões de cartilagem.

As células de cartilagem que Kleuskens usou foram retiradas de joelhos retirados de pacientes. Em outras palavras, cartilagem da articulação danificada de alguém, geralmente uma pessoa mais velha. Surgiu a questão de saber se este é o material de origem certo para a cultura de tecido cartilaginoso vital.

“E então eu comparei nossos resultados de cultura com resultados envolvendo células de cartilagem da UMC Utrecht, retiradas de pessoas mais jovens e saudáveis. Não encontrei diferença entre esse tecido e o tecido do paciente, então essa escolha parece boa. Além disso, é material que está em abundância e, de outra forma, seria desperdiçado.”

Massagem

Para tornar a situação o mais realista possível, ela concebeu uma maneira de expor os plugues contendo novos implantes a forças fortes. Juntamente com o spinoff departamental LifeTec Group BV, ela desenvolveu uma espécie de dispositivo de treinamento, que massageia os plugues por meio de um par de pistões com cabeças suavemente polidas (mostrado na foto). “Este dispositivo nos permite simular uma pessoa andando.” Por um mês inteiro, porque é quanto tempo leva antes células de cartilagem em um novo ambiente começam a formar uma matriz de colágeno.

O dispositivo de treinamento – juntamente com as técnicas de cultura desenvolvidas – são, acredita Kleuskens, um bom método para testar todos os tipos de coisas no laboratório antes que os animais de laboratório entrem em cena. “Esta forma de trabalhar pode acelerar o desenvolvimento de implantes e limitar o número de animais de teste usados.” E há muito a descobrir neste complexo campo de pesquisa. Pessoalmente, ela prefere procurar um emprego na indústria, mas espera que encontrem pessoas para ocupar seu lugar na Ortopedia Biomecânica. “Eu escrevi um manual extenso, então agora mesmo um estudante deve ser capaz de continuar este trabalho.”