Lesões e outras condições degenerativas costumam necessitar de reparação cirúrgica. Não são raros os casos em que esses procedimentos requerem que partes do esqueleto ou de órgãos vitais, como rins, coração e intestino, sejam adaptadas e até mesmo substituídas. A troca, entretanto, não pode ser por qualquer peça, mas pelas que imitam bem as funções naturais do corpo: os biomateriais. Embora costumem apresentar excelente desempenho em laboratório, eles podem falhar quando inseridos no organismo humano, levando a sucessivas operações para encontrar o material mais adequado. Pesquisadores do Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT), nos Estados Unidos, descobriram um possível motivo para as rejeições. Segundo eles, não é apenas a constituição do material que influencia a resposta do corpo, mas também as próprias condições químicas e biológicas do doente.

Até então, os pesquisadores tentavam solucionar o problema olhando apenas para a biocompatibilidade desses materiais, isto é, a dinâmica deles no corpo. A equipe liderada por Nuria Oliva tomou um caminho diferente, quase intuitivo. Eles observaram, em experimentos com ratos, se as mudanças químicas e biológicas provocadas por uma doença podem alterar o desempenho do implante. De acordo com um estudo publicado na edição de hoje da revista Science Translational Medicine, a suspeita é uma realidade.

“Eles mostraram que não é só o material que influencia as respostas ao tratamento, mas também as características da enfermidade que cada pessoa tem”, avalia Luiz Eduardo Teixeira, professor da Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG) e médico do Hospital Madre Teresa, em Belo Horizonte. Os achados poderão ajudar os médicos a definir em quais cenários cada material deve ser utilizado, e ainda otimizar a concepção de produtos personalizados para determinados tecidos de órgãos.

Terapia padrão
Apesar de o ambiente químico, mecânico e biológico do corpo ser altamente variável, influenciado inclusive pelo estágio da doença, o conhecimento científico atual, ainda tímido no campo do desenvolvimento de biomateriais, faz com que a medicina utilize um mesmo produto para tratar pacientes diferentes, com estágios distintos de enfermidades. Os processos inflamatórios, por exemplo, têm capacidade de alterar o desempenho dos implantes porque as células de defesa já estão presentes na lesão bem antes da chegada do material.

Sabendo disso, a equipe de Nuria Oliva avaliou se o desempenho dos bioimplantes varia conforme condições alteradas do organismo de ratos com câncer de cólon e colite, que é uma inflamação no intestino. Usaram no experimento bioimplantes adesivo construídos à base de dendrímeros e dextranos. O trato gastrointestinal foi escolhido como modelo por oferecer uma gama enorme de respostas e reações celulares à presença dos implantes. Já os materiais adesivos, muito empregados em cirurgias gastrointestinais, são candidatos ideais para estudar os efeitos da doença, por facilitar a detecção de alterações químicas na superfície do órgão.

Após analisarem amostras de tecidos dos animais, os pesquisadores observaram que a carcinogênese (a formação do câncer) e a inflamação do cólon funcionam com mecanismos distintos na bioquímica e na biologia celular. Trata-se do indício de que as características de cada doença podem influenciar o desempenho do material. E foi o que aconteceu. Biópsias dos tecidos dos ratos revelaram que a adesão dos materiais em animais com colite foi 58% menor do que a observada em tecidos saudáveis.

Além disso, os diferentes estágios da inflamação apresentaram variações na densidade de substâncias presentes nos tecidos, como as aminas, fazendo necessário que os materiais implantados fossem reaplicados para alcançar o nível desejado de aderência. Outro detalhe notável é que os tecidos desses animais apresentaram uma produção de colágeno 80% menor. Já no caso dos tumores, a adesão foi muito mais intensa, tendo 43% mais força do que o esperado.

“Percebemos que materiais submetidos à degradação oxidativa se degeneraram mais rápido em contato com tumores. Isso resulta de uma elevação na concentração de compostos que reagem com o oxigênio. Do mesmo modo, os materiais naturais que sofrem degradação enzimática degenerarão distintamente, dependendo das concentrações de enzimas em quadros inflamatórios”, explicou Nuria Oliva, acrescentando ainda que “outros materiais e patologias podem oferecer fatores determinantes que diferem do modelo de hidrogel adesivo”.

Matéria-prima das proteínas
São compostos orgânicos derivados da amônia e que estão presentes em diversas substâncias e seres vivos. Na indústria, a amina é utilizada para produzir sabão, amaciante, condicionador de cabelo e borracha vulcanizada. Pode ser altamente viciante, quando caracterizada como alcaloides, constituindo substâncias adictivas, como nicotina, cafeína, morfina e cocaína. Nos seres vivos, costuma aparecer como aminoácidos, elementos que funcionam como “blocos de construção” das proteínas. As aminas também estão envolvidas no processo de decomposição, e a ação delas é expressa no odor ruim de animais podres, como peixes.

Estreia com os egípcios
Os registros mais antigos do uso de biomateriais na medicina datam de 3 mil a.C., no Egito, com aplicações de suturas de linho. No ano 600, os egípcios também utilizaram o conceito adaptando conchas para construir dentes artificiais. Os primeiros implantes médicos, no entanto, raramente eram bem-sucedidos devido à falta de conhecimento sobre controle de infecções e biocompatibilidade dos materiais. Foi nos séculos 18 e 19 que os cientistas começaram a avançar no desenvolvimento e na aplicação desses materiais.

Nessa época, aflorou o entendimento sobre a importância da biocompatibilidade e, em1775, os médicos Lapuyade e Sicre de Toulouse apresentaram a mais antiga técnica de fixação de fratura óssea com fio de metal. Em meados de 1800, a biocompatibilidade de implantes metálicos — produzidos com ouro, prata, chumbo e platina — passou a ser estudada com interesse comercial, e foram inicialmente testadas em placas de fixação óssea em cães. Em 1888, Adolf Fick desenvolveu a primeira lente de contato de vidro bem-sucedida, embora Leonardo da Vinci já tivesse esboçado a ideia muito antes, em 1508.

Modelo matemático ajudará na escolha
Além de detectarem que a condição do organismo, e não somente a do implante, influencia o tratamento, os cientistas do Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) criaram um sistema matemático que indica como o material deve ser formulado. Tudo, claro, levando em consideração a gravidade da doença. Após os testes em ratos, esse modelo foi validado em laboratório pela comparação das forças de adesão que simularam três intensidades de colite: leve, moderada e grave.

Como observado nas biópsias, houve uma correlação inversa entre a gravidade da doença e a aderência. Isso ocorre, explicam os autores, pelo desequilíbrio na quantidade de colágeno e aminas. Essa informação é especialmente valiosa para desenvolvedores de biomateriais porque, com ela, eles poderão criar produtos capazes de compensar a baixa adesão provocada pela queda nas taxas de aminas.

O trabalho também poderá impactar na prática clínica, pois o sistema matemático prevê como será a adesão dos materiais em tecidos saudáveis ou doentes, leve ou gravemente. Se a técnica vingar, a biópsia colorretal de um paciente informará rapidamente ao médico sobre as taxas de aminas, permitindo que o cirurgião escolha a opção de material que melhor atenderá às necessidades do doente.

“Essa é uma etapa inicial de uma linha de pesquisa que avaliará para qual tipo de doença um determinado material será mais útil. O próximo passo é verificar quando um material será a melhor opção, o que também pode levar à procura por outros produtos que tenham padrão ouro para cada tipo de doença”, acredita Luiz Eduardo Teixeira, professor da Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG). Segundo o também coordenador do Serviço de Ortopedia do Hospital das Clínicas da UFMG, pesquisas como as de Nuria Oliva são importantes por abrirem perspectivas de tratamento para diversos tumores, não apenas o de cólon.

Os pacientes com câncer ósseo, por exemplo, são alguns dos que mais se beneficiam dos bioimplantes. “Hoje, já é possível substituir um fêmur inteiro ou outro segmento com uma prótese sob medida. Nós tentamos oferecer qualidade de vida, e, às vezes, uma cirurgia ortopédica junto a outras intervenções, ajuda a prolongar a vida do paciente em que o câncer de mama ou de próstata evoluiu para a metástase e atingiu os ossos”, explica o especialista. (IO)

Aplicações distintas
“Os biomateriais que estão disponíveis na medicina são basicamente utilizados para fazer próteses e implantes. Nas cirurgias em geral, alguns funcionam como um tipo de cola que permite aos médicos realizarem procedimentos sem sutura. Para o câncer, há ainda tentativas de medicamentos encapsulados dentro de uma partícula de gordura que teriam mais afinidade com as células tumorais, exercendo mais efeito sobre elas e não sobre as estruturas saudáveis do corpo. Outra área que tem se destacado é a do uso de materiais magnéticos que, conjugados com medicamentos ou produtos tóxicos, teriam capacidade de dispersão de micropartículas para focar as células cancerígenas.”

Sandro Martins, coordenador de Oncologia do Hospital Santa Helena