Usando um novo processo de impressão 3D, pesquisadores da Universidade de Nottingham, no Reino Unido, descobriram como fazer partes artificiais do corpo e outros dispositivos médicos com funcionalidade integrada, que ofereçam melhor forma e durabilidade, enquanto também reduzam o risco de infecção bacteriana. As descobertas foram publicadas na Advanced Science.
“A maioria dos dispositivos médicos produzidos em massa não consegue atender completamente às necessidades exclusivas e complexas de seus usuários. Da mesma forma, os métodos de impressão 3D de material único têm limitações de design que não podem produzir um dispositivo feito sob medida com múltiplas funções biológicas ou mecânicas”, disse o líder do estudo, Yinfeng He. “Mas, pela primeira vez, usando uma técnica de impressão 3D multimaterial auxiliada por computador, demonstramos que é possível combinar funções complexas em um dispositivo de saúde personalizado para melhorar o bem-estar do paciente.”
A esperança é que o processo de design inovador possa ser aplicado à impressão 3D de qualquer dispositivo médico que precise de formas e funções personalizáveis. Por exemplo, o método poderia ser adaptado para criar um membro ou uma articulação protética de peça única altamente sob medida. Dessa forma, poderia substituir um dedo ou perna perdida, cabendo perfeitamente para melhorar seu conforto e durabilidade da prótese, ou imprimir pílulas personalizadas contendo vários medicamentos — conhecidos como polypills —, otimizados para serem liberados no corpo em uma sequência terapêutica predefinida.
Os pesquisadores aplicaram um algoritmo de computador para projetar e fabricar, pixel por pixel, objetos impressos em 3D feitos de dois materiais poliméricos de rigidez diferente que também evitam o acúmulo de biofilme bacteriano. Ao otimizar a rigidez dessa forma, alcançaram, com sucesso, peças em formato e tamanho personalizado que oferecem a flexibilidade e resistência necessárias.
As atuais substituições artificiais da articulação do dedo, por exemplo, usam peças de silicone e metal, que oferecem ao usuário um nível padronizado de destreza, ao mesmo tempo em que são rígidas o suficiente para implantar no osso. No entanto, como um demonstrador para o estudo, a equipe foi capaz de imprimir em 3D uma articulação do dedo oferecendo esses requisitos duplos em um dispositivo, ao mesmo tempo em que foi capaz de personalizar seu tamanho e sua força para atender às necessidades individuais do paciente.
Sem antibióticos
Com um nível adicional de controle de design, a equipe foi capaz de realizar seu novo estilo de impressão 3D com multimateriais que são intrinsecamente resistentes a bactérias e biofuncionais, permitindo que eles sejam implantados e combatam infecções (que podem ocorrer durante e após a cirurgia) sem o uso de antibióticos adicionados.
A equipe também usou uma nova técnica de caracterização de alta resolução (3D orbitSIMS) para mapear em 3D a química das estruturas de impressão e testar a ligação entre elas em toda a peça. Isso identificou que, em escalas muito pequenas, os dois materiais estavam se misturando em suas interfaces — um sinal de boa ligação, o que significa que um dispositivo melhor tem menos probabilidade de quebrar. Antes de comercializar a técnica, os pesquisadores planejam ampliar seu potencial de uso, testando-a em materiais mais avançados com funcionalidades extras, como controle de respostas imunológicas e promoção da adesão de células-tronco.
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