Aplicações clínicas de tântalo poroso

O tântalo poroso surgiu como um material milagroso na engenharia biomédica devido à sua excelente biocompatibilidade, resistência à corrosão e propriedades que correspondem à mecânica do osso natural. Ele foi inicialmente sintetizado para ortopedia e, atualmente, seus usos também se estenderam à odontologia, dispositivos cardiovasculares e medicina regenerativa experimental. Vamos dar uma olhada em suas aplicações experimentais e clínicas.

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Por que o tântalo poroso?

O tântalo é um metal refratário que apresenta inúmeras vantagens quando utilizado como biomaterial. O tântalo poroso também tem sido particularmente procurado para a osseointegração, além da estabilidade biológica de longo prazo.

O tântalo poroso é produzido pelo depósito de tântalo em um suporte, criando uma estrutura altamente uniforme e interconectada, ideal para implantes médicos. A espuma de tântalo, produzida por métodos de sinterização ou de suporte espacial, tem uma estrutura de poros menos regular e é normalmente usada em aplicações estruturais ou experimentais em que uma precisão menor é aceitável.

O tântalo poroso possui várias propriedades importantes que são adequadas para aplicações biomédicas.

• Alta porosidade, de até 80%, para crescimento e vascularização de tecidos.
• Seu módulo de elasticidade é bastante semelhante ao do osso esponjoso, minimizando a proteção contra o estresse e incentivando a transmissão natural da carga.
• O tântalo poroso também tem resistência superior à corrosão, permanecendo estável e inerte em condições fisiológicas.
• Seu alto coeficiente de atrito também faz com que ele tenha máxima estabilidade mecânica inicial no implante.

Todas essas características tornam o tântalo poroso particularmente adequado para uso em implantes de suporte de carga, bem como em andaimes de engenharia de tecidos.

Leia mais: Tântalo: Propriedades e aplicações

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1. Implantes ortopédicos

O tântalo poroso é amplamente utilizado em cirurgia reconstrutiva ortopédica, especialmente em pacientes com perda óssea grave ou baixa qualidade óssea.

--Artroplastia de quadril e joelho com tântalo poroso

O tântalo poroso tem sido um material eficaz para cirurgias exigentes de artroplastia de quadril e joelho. A estabilidade mecânica combinada com o alto potencial de crescimento ósseo é especificamente benéfica na artroplastia total de quadril (ATQ) de revisão e nas artroplastias totais de joelho.

Na revisão da ATQ, os aumentos modulares e as cúpulas acetabulares de tântalo poroso estão sendo cada vez mais empregados para tratar a perda óssea extensa e os defeitos acetabulares complexos. Esses implantes têm uma superfície altamente porosa que permite o rápido crescimento ósseo e, devido ao seu alto coeficiente de atrito, permitem uma forte fixação primária.

Um artigo clínico de referência de Weeden e Schmidt (2008) verificou 98% de sobrevida em cinco anos para indivíduos que receberam cúpulas acetabulares de tântalo poroso em ATQ de revisão. O artigo analisou 43 revisões acetabulares difíceis, incluindo 33 defeitos do tipo 3A de Paprosky e 10 do tipo 3B com perda óssea grave do hospedeiro e descontinuidade pélvica. Aumentos modulares de tântalo foram usados para complementar a concha acetabular em 26 delas. No acompanhamento médio de 2,8 anos, 42 dos 43 componentes permaneceram estáveis e houve uma única falha devido a afrouxamento séptico. [3]

Na artroplastia total do joelho, os cones de tântalo poroso são comumente usados no tratamento de grandes defeitos ósseos metafisários, oferecendo fixação biológica e mecânica. Os cones permitem a restauração do estoque ósseo e uma base sólida para a fixação do implante no caso de perda óssea extensa.

--Gaiolas de fusão espinhal

O tântalo demonstrou um enorme potencial na cirurgia de fusão espinhal, especialmente como gaiolas intercorporais para o procedimento de fusão intercorporal lombar transforaminal (TLIF). Os cages de tântalo são projetados para otimizar a estabilidade da coluna vertebral e promover a integração óssea, reduzindo o risco de subsidência do implante por meio da compatibilidade mecânica com o osso contíguo.

Clinicamente, a osseointegração das gaiolas de tântalo provou ser superior à dos materiais tradicionais, como a polieteretercetona (PEEK). A avaliação retrospectiva de 40 pacientes submetidos à TLIF avaliou os resultados, incluindo o alívio dos sintomas, o retorno às atividades e a união radiográfica da fusão. Embora ambos os grupos, gaiola metálica e gaiola de PEEK, tenham apresentado melhora semelhante na função, houve diferenças notáveis na resposta óssea e nos resultados da fusão. [4]

Em um ano de acompanhamento, a osteólise ocorreu em 50% dos casos de gaiola de PEEK, em comparação com apenas 10% para a gaiola de metal. Além disso, 40% dos casos de gaiola de metal apresentaram fusão, muito superior aos 15% observados com as gaiolas de PEEK. Esses achados indicam a natureza osteoindutora do tântalo, juntamente com a alta biocompatibilidade e competência mecânica.

2. Implantes dentários

A biocompatibilidade e a capacidade de osseointegração do tântalo são exploradas em implantes dentários para pacientes com qualidade óssea ruim ou implantes que falharam anteriormente. Seu uso está associado à redução do tempo de cicatrização e ao aumento da fixação a longo prazo em comparação com os implantes de titânio padrão.

Um estudo pré-clínico examinou o desempenho dos implantes dentários Trabecular Metal (TM) de tântalo em comparação com os implantes tradicionais de parafuso de titânio (TSV), com um modelo de côndilo femoral de coelho. No estudo, 20 implantes (10 TM e 10 TSV) foram inseridos aleatoriamente em 10 coelhos brancos da Nova Zelândia. Após uma fase de cicatrização de 8 semanas, os implantes foram avaliados com tomografia microcomputada (micro-CT), histologia e histomorfometria. [5]

Os resultados mostraram que os implantes TM se saíram muito melhor do que os implantes TSV no contato osso-implante (BIC) e no volume ósseo (BV) na área de interesse. Os implantes TM registraram um BIC de 57,9% ± 6,5, em comparação com 47,6% ± 8 para o TSV. Da mesma forma, o BV foi de 57% ± 7,3 para os implantes TM e 46,4% ± 7,4 para os TSV. A avaliação por micro-CT também confirmou os achados, com o grupo TM medindo 89,1% ± 8,7 de porcentagem de volume ósseo em comparação com 79,1% ± 8,6 para o grupo TSV.

3. Reconstrução craniomaxilofacial

As placas e malhas de tântalo poroso são usadas nas reconstruções faciais complexas, com conformidade estética e estabilidade mecânica. A estrutura de poros abertos permite a integração de tecidos moles, além de reduzir o risco de infecção.

O tântalo oferece maior capacidade osteogênica em comparação com materiais tradicionais, como o Ti6Al4V, e, portanto, é particularmente útil para estimular o crescimento ósseo nas regiões complexas da mandíbula e da face.

Para lidar com a natureza muito personalizada dos defeitos de CMF, a tecnologia de impressão 3D tem sido empregada para produzir implantes de tântalo poroso específicos para cada paciente. Em um estudo recente, foram examinados scaffolds de tântalo impressos em 3D com modificações de superfície nanotopográficas preparadas por tratamento hidrotérmico. Foi relatado que essa engenharia de superfície promoveu a bioatividade do suporte, apoiando a adesão de osteoblastos e desencadeando a diferenciação osteogênica de células-tronco da medula óssea (BMSCs). [6]

Conclusão

O tântalo poroso teve um amplo impacto na prática da medicina, especialmente na cirurgia de implantes ortopédicos e dentários. Com mais progresso no processamento e na personalização, o tântalo poroso está pronto para continuar sendo a pedra angular dos biomateriais implantáveis do futuro. Para obter mais produtos de tântalo e suporte técnico, consulte a Stanford Advanced Materials (SAM).

Referências:

[1] Mohandas, Gokhuldass & Oskolkov, Nikita & Mcmahon, Michael & Walczak, Piotr & Janowski, Miroslaw. (2014). Nanopartículas porosas de tântalo e óxido de tântalo para medicina regenerativa. Acta neurobiologiae experimentalis. 74. 188-96. 10.55782/ane-2014-1984.

[2] Wang X, Zhou K, Li Y, Xie H, Wang B. Preparação, modificação e aplicação clínica de scaffolds de tântalo poroso. Front Bioeng Biotechnol. 2023 Apr 4;11:1127939. doi: 10.3389/fbioe.2023.1127939. PMID: 37082213; PMCID: PMC10110962.

[3] Steven H. Weeden, Robert H. Schmidt, The Use of Tantalum Porous Metal Implants for Paprosky 3A and 3B Defects, The Journal of Arthroplasty, Volume 22, Edição 6, Suplemento, 2007, Páginas 151-155, ISSN 0883-5403.

[4] Cuzzocrea F, Ivone A, Jannelli E, Fioruzzi A, Ferranti E, Vanelli R, Benazzo F. PEEK versus gaiolas metálicas na fusão intercorporal lombar posterior: um estudo comparativo clínico e radiológico. Musculoskelet Surg. 2019 Dec;103(3):237-241. doi: 10.1007/s12306-018-0580-6. Epub 2018 Dec 10. PMID: 30536223.

[5] Al Deeb M, Aldosari AA, Anil S. Osseointegração do metal trabecular de tântalo em implantes dentários de titânio: Histological and Micro-CT Study. J Funct Biomater. 2023 Jul 6;14(7):355. doi: 10.3390/jfb14070355. PMID: 37504850; PMCID: PMC10382015.

[6] Zhang C, Zhou Z, Liu N, Chen J, Wu J, Zhang Y, Lin K, Zhang S. Osteogenic differentiation of 3D-printed porous tantalum with nano-topographic modification for repairing craniofacial bone defects. Front Bioeng Biotechnol. 2023 Aug 21;11:1258030. doi: 10.3389/fbioe.2023.1258030. PMID: 37671184; PMCID: PMC10475942.