Este artigo seleciona 6 estudos originais publicados entre 2011 e 2024, envolvendo equipes dos Estados Unidos, Reino Unido e China, bem como pesquisas cooperativas entre China e Índia, para uma revisão narrativa. Os estudos selecionados abrangem materiais e fases in vitro e animal, não incluindo ensaios de eficácia em humanos. Os resultados das pesquisas pertencem aos autores originais.
01Quais problemas devem ser resolvidos, respectivamente, pelos arcabouços de reparo ósseo e pelas membranas de barreira oral?
A tarefa básica de projeto de uma membrana para regeneração óssea guiada (GBR) é preservar o espaço para regeneração na região alvo e restringir a entrada de tecidos moles indesejados. Já um arcabouço para defeito ósseo pode exigir a entrada de células e vasos sanguíneos em seu interior. Durante o desenvolvimento, “suportar o crescimento celular” e “bloquear a passagem de células” não devem ser confundidos como um único objetivo de desempenho; deve-se primeiro definir onde a camada eletrofiada será posicionada e com qual tecido entrará em contato.1,2
| Direções de aplicação | Tarefas que a estrutura eletrofiada pode desempenhar | Avaliações correspondentes são necessárias |
|---|---|---|
| Membrana de barreira oral GBR | Cobertura, estratificação da interface e isolamento de tecidos moles | Integridade em estado úmido, manutenção do espaço e comportamento celular transmembrana 1,2 |
| Arcabouço fibroso para engenharia de tecido ósseo | Adesão celular, compósito mineral e construção de poros | Entrada celular, indicadores relacionados à osteogênese e formação de osso novo 3,5 |
| Membrana de reparo ósseo com liberação localizada | Carga e liberação de diferentes componentes | Processo de liberação, resposta celular e reparo do defeito 4,6 |
O ambiente oral ainda apresenta questões específicas, como exposição, contato com microrganismos e modo de fixação. O fato de um material promover a proliferação de osteoblastos in vitro não significa que já tenha sido comprovada sua adequação como barreira periodontal; os resultados em defeitos cranianos ou femorais de animais também devem ser interpretados separadamente do uso real na cavidade oral.1,2,3,4,5,6
02Que combinações de materiais e estruturas a eletrofiação oferece?
Policaprolactona (PCL), ácido polilático (PLA ou PLLA), PLGA e ácido poliglicólico (PGA) podem compor diferentes sistemas de fibras; gelatina, fibroína da seda e materiais de fosfato de cálcio são empregados para ajustar a interface de contato celular, o comportamento em estado úmido ou a composição mineral. A razão para escolher esses componentes é combinar processabilidade com o comportamento biológico desejado, e não determinar o uso final com base apenas no nome do material.1,2,3,4,5,6
A eletrofiação por mistura é adequada para comparar formulações compósitas de camada única; a deposição sequencial permite preparar membranas estratificadas com superfícies distintas; a eletrofiação coaxial pode distribuir tarefas de suporte, degradação ou liberação entre o núcleo e a casca. A membrana eletrofiada também pode ser combinada com arcabouços impressos em 3D, nos quais a estrutura mais grossa assume o suporte espacial, enquanto a camada de fibras regula a interface local.1,2,5,6
03Membrana de barreira oral: da superfície única ao projeto estratificado
Separar e organizar os lados ósseo e de tecido mole
Em 2011, Bottino, Thomas e Janowski relataram uma membrana de gradiente funcional preparada por eletrofiação sequencial: a porção central era composta por PLCL e uma camada compósita de proteína/polímero, enquanto as duas faces incorporavam, respectivamente, nano-hidroxiapatita e metronidazol. O artigo focou na morfologia, estrutura e desempenho mecânico de cada camada, demonstrando a viabilidade de projetar separadamente a superfície de contato com o osso e a superfície de contato com o epitélio. Ele fornece base para estudos de estrutura de materiais, mas não permite afirmar diretamente que o tecido periodontal já foi regenerado.1
Fazer com que a membrana fibrosa e o suporte tridimensional atuem em sinergia
Em Liu e outros estudos de 2021, uma membrana eletrofiada de gelatina com modificação de heparina (PCL/) foi combinada com um arcabouço impresso de gelatina/nano-hidroxiapatita (PCL/). A membrana superior e o arcabouço poroso inferior foram avaliados quanto à citocompatibilidade, e a formação óssea foi observada em ensaios animais. Isso mostra que a camada eletrofiada não precisa assumir sozinha todas as tarefas de suporte, podendo também integrar um arcabouço compósito.2
Embora este artigo tenha o GBR como contexto de projeto, a validação da implantação real utilizou um defeito no fêmur distal de coelho, e não um defeito alveolar de pacientes. A observação de osso novo em 20 semanas apoia a exploração do sistema compósito para reparo ósseo, mas não pode ser reescrita como um efeito clínico oral. Para o desenvolvimento empresarial, o próximo passo deve ser transferir a estrutura para o local pretendido e reavaliar a fixação, a manutenção do espaço e a resposta tecidual.2
04Fibras compósitas minerais: o foco não está apenas na quantidade de partículas inorgânicas adicionadas
Meng et al., em 2024, introduziram fosfato de cálcio amorfo (ACP) em fibras de PLLA e, por meio de pós-tratamento, construíram uma estrutura de poros graduada, expondo à superfície da fibra parte das partículas encapsuladas pelo polímero. O estudo também avaliou a molhabilidade, as propriedades mecânicas e a resposta celular, observando melhora na adesão e proliferação após 7 dias de cultura de células osteoblásticas humanas.3
Este trabalho lembra que, mesmo quando o fosfato de cálcio está presente, o fato de as partículas estarem enterradas no interior da fibra ou expostas à interface de contato com as células pode gerar comportamentos interfaciais distintos. Portanto, ao comparar formulações compósitas, devem ser registrados conjuntamente o estado de dispersão, a exposição superficial e a estrutura porosa. Este artigo trata de materiais e estudos in vitro, não tendo demonstrado, com base nisso, a reparação de defeitos ósseos.3
Ele também mostra que o pós-tratamento pode ser uma variável de desenvolvimento: a eletrofiação define a estrutura inicial, enquanto o pós-tratamento modifica adicionalmente a superfície e a estrutura porosa. Contudo, antes e depois do tratamento devem ser empregados os mesmos métodos de amostragem e avaliação, devendo-se verificar se a estrutura, as propriedades no estado úmido e os resíduos atendem ao uso pretendido, em vez de comparar apenas uma micrografia obtida após o tratamento.3
05Liberação localizada e fibras núcleo-casca: como distribuir funções ao redor do processo de reparo ósseo
Diferentes fibras assumem diferentes tarefas de liberação
Al-Baadani et al., em 2023, combinaram, por eletrofiação conjunta, fibras de gelatina contendo a substância P com fibras de PCL contendo sinvastatina. O estudo articulou diferentes processos de liberação com a recrutamento celular, as respostas relacionadas à vascularização e a osteogênese, avaliando in vitro a migração, a rede endotelial e os marcadores osteogênicos, além de observar a formação óssea em defeitos cranianos de ratos. Trata-se de um exemplo de estudo sobre “divisão de trabalho entre dois tipos de fibras na mesma membrana”, e não de uma recomendação clínica para uma determinada formulação farmacêutica.4
Utilizar diferenças núcleo-casca para regular o suporte no estado úmido e a degradação
Zhang et al., em 2024, prepararam um arcabouço fibroso coaxial empregando uma camada central de PGA e uma camada externa de sericina. O estudo focou na tenacidade no estado úmido, na degradação em etapas e na resposta osteogênica, validando a formação de osso novo por meio de defeitos cranianos em ratos. Aqui, o valor da estrutura núcleo-casca não se limita ao carregamento de fármacos: ela também pode ser usada para coordenar a manutenção estrutural e os processos de degradação de dois materiais no meio biológico.5
Observar simultaneamente as respostas relacionadas à osteogênese e à osteoclastogênese
Anjum et al., em 2024, carregaram alendronato de sódio na camada central de PCL, introduziram hidroxiapatita na camada externa de PLGA e realizaram modificação superficial com polidopamina. O estudo avaliou in vitro, simultaneamente, as respostas relacionadas à osteogênese e à osteoclastogênese, observando em seguida a formação óssea em defeitos cranianos de ratos até a 12 semana. Ele ampliou o escopo da avaliação de indicadores isolados de osteogênese para a coordenação entre formação e reabsorção ósseas, mas ainda se trata de um estudo animal com um sistema específico.6
06Como distinguir diferentes níveis de resultados ao ler a literatura sobre reparo ósseo
A adesão e a proliferação celulares respondem se as células conseguem sobreviver e se expandir sobre o material; a fosfatase alcalina, a expressão de genes osteogênicos e a coloração de mineralização fornecem informações adicionais sobre a diferenciação; a microCT animal e a histologia são usadas para observar a formação de osso novo dentro do defeito. O nível anterior de evidência tem valor, mas não pode substituir diretamente o posterior, nem demonstrar, por si só, a integração óssea clínica ou a capacidade de suportar carga a longo prazo.2,3,4,5,6
Também é preciso verificar se os controles e os usos pretendidos são consistentes. Um arcabouço ósseo poroso que atrai células pode não ser adequado para atuar diretamente como barreira oral contra tecidos moles. Os modelos de crânio, fêmur e osso alveolar também não são totalmente idênticos. A literatura selecionada neste artigo não fornece ensaios de eficácia em humanos, sendo, portanto, mais adequada para ajudar a definir esquemas de materiais e rotas de validação, sem representar um julgamento clínico sobre todos os materiais eletrofibrados para reparo ósseo.1,2,3,4,5,6
07Da literatura a amostras replicáveis de membranas para reparo ósseo
Ao preparar as amostras, pode-se descrever primeiro sua morfologia: membrana plana de barreira, fina camada que pode ser revestida ou arcabouço compósito tridimensional que exige certa espessura. Em seguida, devem ser definidos o sistema de materiais, as dimensões efetivas, a espessura ou densidade superficial, a estrutura porosa e os requisitos de manipulação no estado úmido. Assim, a alimentação de soluções, o bocal, a coleta e a configuração do pós-tratamento terão um objetivo claro para a amostra.
Para fibras contendo partículas minerais, devem-se observar a dispersão, a sedimentação e as alterações de composição após a alimentação prolongada de soluções; para sistemas núcleo-casca ou de dupla camada, devem ser registrados os fluxos de alimentação de cada via, a ordem de deposição e a ligação entre as camadas. Ao ampliar a área, devem existir posições de amostragem comparáveis tanto no centro quanto nas bordas da membrana, bem como entre as seções inicial e final da produção. A estabilidade do processo precisa ser apoiada pela inspeção das amostras, não podendo ser inferida apenas pelo fato de “ser possível produzir fibras continuamente”.
A validação do produto também exige considerar, conforme o uso específico, os solventes residuais, a estrutura após a esterilização, a biocompatibilidade, a degradação e, quando necessário, o desempenho de fixação e manutenção espacial. O equipamento assume as funções de preparação e controle do processo, mas a adequação do material depende das respectivas inspeções e estudos.1,2,5
08Problemas comuns no desenvolvimento de membranas para reparo ósseo e barreira oral
É possível usar diretamente uma membrana de fibra comum de PCL como membrana de GBR?
PCL pode servir como ponto de partida para a pesquisa, mas ainda é preciso validar a função de barreira, a estrutura no estado úmido e a manutenção espacial da membrana. Após a adição de gelatina, minerais ou fármacos, as propriedades gerais também devem ser reavaliadas; a adequação não pode ser julgada apenas pelo nome de um único material.1,2,4
A adição de hidroxiapatita é suficiente para comprovar a osteogênese?
Não. A presença de partículas, as respostas celulares relacionadas à osteogênese e a formação de osso novo em animais constituem níveis distintos de evidência. Deve-se indicar simultaneamente em qual camada as partículas estão localizadas, como entram em contato com as células e qual avaliação foi efetivamente realizada.1,3,6
A configuração do equipamento deve primeiro discutir se será coaxial ou com múltiplos bicos
Primeiro, descreva a estrutura que se deseja obter. Se for necessária uma divisão interna dentro da mesma fibra, pode-se discutir a eletrofiação coaxial; se dois tipos de fibras coexistirem ou diferentes camadas assumirem funções distintas, devem ser discutidas a alimentação por múltiplas vias, a codeposição ou a deposição sequencial. A configuração final precisa ser definida com base no sistema de soluções e na validação da amostra.1,4,5,6
Referências
A seguir, apresentam-se os estudos originais utilizados neste artigo, resumidos de forma independente pela TONGLI. A interpretação da literatura não indica que os autores dos artigos, as instituições de pesquisa ou a TONGLI mantenham relações de compra de equipamentos ou de cooperação. O escopo específico de leitura consta nas observações de cada referência bibliográfica.
As referências bibliográficas mantêm o idioma original da publicação para facilitar a consulta.
Bottino MC, Thomas V, Janowski GM. A novel spatially designed and functionally graded electrospun membrane for periodontal regeneration. Acta Biomaterialia. 2011;7:216–224.
DOI：10.1016/j.actbio.2010.08.019 ↗Escopo de leitura: resumos originais e informações bibliográficas dos periódicos; não se inferem, com base nisso, efeitos em animais ou em humanos
Liu J, Zou Q, Wang C, et al. Electrospinning and 3D printed hybrid bi-layer scaffold for guided bone regeneration. Materials & Design. 2021;210:110047.
DOI：10.1016/j.matdes.2021.110047 ↗Escopo de leitura: texto completo original local; foco na leitura crítica do modelo animal e dos resultados da seção 2.6
Meng C, Liu X, Li J. Hierarchical porous PLLA/ACP fibrous membrane towards bone tissue scaffold. Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials. 2024;152:106455.
DOI：10.1016/j.jmbbm.2024.106455 ↗Escopo de leitura: texto completo original local, com verificação dos registros do artigo junto à instituição dos autores
Al-Baadani MA, Xu L, Cai K, et al. Preparation of co-electrospinning membrane loaded with simvastatin and substance P to accelerate bone regeneration by promoting cell homing, angiogenesis and osteogenesis. Materials Today Bio. 2023;21:100692.
DOI：10.1016/j.mtbio.2023.100692 ↗Escopo de leitura: texto completo original local e o texto completo de PMC
Zhang Y, Jian Y, Jiang X, et al. Stepwise degradable PGA-SF core-shell electrospinning scaffold with superior tenacity in wetting regime for promoting bone regeneration. Materials Today Bio. 2024;26:101023.
DOI：10.1016/j.mtbio.2024.101023 ↗Escopo de leitura: texto completo original local, com verificação das informações bibliográficas de PubMed
Anjum S, Wang Y, Xin Y, et al. Bioinspired core-shell nanofiber drug-delivery system modulates osteogenic and osteoclast activity for bone tissue regeneration. Materials Today Bio. 2024;26:101088.
DOI：10.1016/j.mtbio.2024.101088 ↗Escopo de leitura: texto completo original local e o texto completo de PMC
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