Superfícies inovadoras para carregar rapidamente implantes ósseos com antibióticos

Complicações infecciosas não são incomuns após a colocação do implante. O risco é maior em feridas altamente contaminadas, que são particularmente comuns em zonas de guerra como a Ucrânia, onde muitas lesões ósseas requerem tratamento. Pesquisadores do Instituto Fraunhofer de Tecnologia de Fabricação e Materiais Avançados IFAM em Bremen desenvolveram uma nova superfície funcionalizada que pode ser carregada com antibióticos.

Dado o pesado fardo que pesa sobre o sistema de saúde da Ucrânia devido às inúmeras fraturas que não cicatrizam bem, o Fraunhofer IFAM decidiu em 2023 ajudar. Para além da situação actual do país, um factor pessoal foi decisivo.

“Dois dos nossos funcionários são de Lviv e estiveram envolvidos no projeto desde o início. Fizeram contacto com o centro nacional de reabilitação UNBROKEN na Ucrânia, com o qual estamos agora a colaborar estreitamente para compreender melhor as necessidades locais e desenvolver ainda mais a tecnologia de forma direcionada”, afirma Kai Borcherding, Chefe de Tecnologia Médica e Ciências da Vida no Fraunhofer IFAM.

Um processo especial cria poros na superfície do implante

Os pesquisadores estão usando o que é conhecido como oxidação por microarco (MAO) para produzir um novo tipo de superfície em implantes de titânio. As peças metálicas são imersas em um líquido condutor – um eletrólito contendo sais de prata – e expostas a até 300 volts. Em poucos minutos, descargas de plasma de alta energia formam uma camada de óxido dopada com prata no material, onde a aplicação de voltagem direcionada cria poros e incorpora nanopartículas de prata. Esses reservatórios podem então absorver antibióticos ou outras substâncias ativas, como uma esponja.

A administração local de antibióticos e prata reduzem o risco de infecção

Os pesquisadores controlam o tamanho e a estrutura dos poros escolhendo o eletrólito e os parâmetros do processo. Isto é crucial para a capacidade de carga e a duração da liberação do antibiótico.

“Uma vez concluída a camada de MAO, as peças metálicas são imersas em uma solução antibiótica altamente concentrada. As forças capilares garantem o preenchimento uniforme dos poros até a capacidade definida com o medicamento, que é então liberado no corpo por difusão. Depois de desenvolver a superfície e obter a adesão de nossos parceiros de projeto, testamos o perfil de liberação do antibiótico durante o período desejado. Para esse fim, realizamos testes in vitro no instituto”, diz Linda Gätjen, co-chefe de Química de Polímeros e Comportamento de Materiais da Fraunhofer. IFAM. Durante os testes de laboratório, os pesquisadores também conseguiram demonstrar que as partículas de prata aumentam o efeito do antibiótico.

Processo de revestimento simples e rápido

Este tipo de tratamento de superfície é completamente novo no campo dos implantes: “Neste momento, não há nada comparável no mercado. No geral, existem apenas algumas soluções para dispositivos médicos que dependem de revestimentos antibióticos e, se o fizerem, o processo de produção é muito mais complexo”, diz Borcherding.

A configuração simples, mesmo sob condições difíceis, é uma grande vantagem do método: Essencialmente, apenas uma fonte de alimentação e um dispositivo de resfriamento para o banho de imersão são necessários para o processo de revestimento MAO. Isto torna o processo tão simples e económico que poderá até ser utilizado em áreas de crise, uma vez que a tecnologia tenha amadurecido ainda mais. Além disso, a superfície MAO apresenta excelente biocompatibilidade, apoiando a rápida integração do implante.

Avançando a tecnologia para a Ucrânia e além

O desempenho do novo revestimento na prática será testado na Ucrânia. Os próximos passos incluem o desenvolvimento pré-clínico da tecnologia e ensaios clínicos, que poderão ser realizados no centro nacional de reabilitação UNBROKEN em Lviv. O centro é a maior instituição de atendimento hospitalar para pessoas com deficiência de guerra na Ucrânia.

Desde o início da guerra, realizou mais de 10.000 operações. O centro necessita urgentemente de implantes seguros, razão pela qual a UNBROKEN está a planear garantir a capacidade de produção a longo prazo. Neste momento, porém, a equipa ainda procura parceiros na Ucrânia e na Europa para impulsionar o projeto e produzir protótipos no local.

O método também está atraindo interesse na Alemanha. Como parceira tecnológica da Fraunhofer IFAM, a empresa KLS Martin já forneceu amostras de implantes, nas quais os investigadores sediados em Bremen estão atualmente a trabalhar – um primeiro passo para a aplicação.

Tobias Wolfram, que dirige o departamento de pesquisa de implantes da KLS Martin, explica: “Além do alto valor ético do projeto, vemos um grande potencial no método MAO para a engenharia médica, além dos implantes ósseos. Estamos, portanto, felizes em apoiar a equipe com nossa experiência e materiais”.

A Fraunhofer IFAM apresentará uma réplica de crânio humano com implantes de titânio projetados para prevenir infecções na feira internacional MEDICA, que será realizada em Düsseldorf de 17 a 20 de novembro de 2025.