Mais barato, mais resistente, menos tóxico: novas ligas são promissoras no desenvolvimento de membros artificiais

Jul 21, 2023

25 de novembro de 2022

por Michael Oluwatosin Bodunrin, A Conversa

O titânio é um metal forte, resiliente e relativamente leve. Suas propriedades também foram bem estudadas; os cientistas sabem muito sobre isso. Tudo isso o torna a base ideal para moldar membros artificiais – principalmente joelhos e quadris – e dentes. É menos provável que enferruje do que outros metais e, como a investigação demonstrou, é mais compatível com o corpo humano do que, por exemplo, aços inoxidáveis ​​e materiais à base de cobalto.

Mas há um grande problema: o titânio não é barato. É difícil obter dados precisos, mas um custo médio conservador das próteses à base de titânio está entre US$ 3.000 e US$ 10.000. Isso é caro para a maioria das pessoas e proibitivamente caro para a maioria das pessoas em países de rendimentos médios e baixos, como os de África.

Mais uma vez, os dados são escassos, mas um estudo recente sobre a África Subsariana (excluindo a África do Sul, que tem melhores instalações para tais procedimentos do que a maioria dos outros países do continente) concluiu que foram realizadas 606 substituições da anca e 763 substituições do joelho entre 2009 e 2018. Muito mais pessoas na região provavelmente precisarão de substituições, mas ficarão sem elas porque simplesmente não podem pagar pelo procedimento. E, com o aumento da população global de pessoas com 65 anos ou mais, a procura de implantes deverá aumentar; essa faixa etária é propensa a doenças como osteoporose e osteoartrite.

É por isso que estamos trabalhando para produzir materiais mais baratos à base de titânio que possam ser usados ​​para fabricar membros acessíveis. Em nossa pesquisa mais recente, meus colegas e eu fizemos experiências com elementos metálicos como titânio, alumínio, ferro e vanádio para criar novas ligas. Testamos cada um deles em uma solução que imita os fluidos corporais humanos.

Descobrimos que as novas ligas apresentavam ferrugem insignificante na solução. As novas ligas, que são um pouco mais baratas que as ligas comerciais, tiveram um desempenho tão bom quanto – e uma liga até superou.

O maior benefício do titânio para fazer quadris, joelhos e dentes artificiais é que ele é seguro para uso no corpo humano porque não se degrada facilmente quando exposto a fluidos corporais.

No entanto, quando o titânio é utilizado na sua forma pura, falta-lhe a força e a resistência ao desgaste necessárias para lidar com os rigores da actividade humana.

É por isso que outros elementos metálicos são adicionados. Exemplos incluem alumínio, vanádio, zircônio, tântalo, nióbio, molibdênio e ferro. Os cientistas usam esses e outros elementos para criar novas ligas mais fortes e resistentes ao desgaste.

Atualmente a liga mais utilizada em quadris e joelhos artificiais é a Ti-6Al-4V: 90% titânio, 6% alumínio e 4% vanádio. Embora seja eficaz, tem duas desvantagens principais. O primeiro é o custo. O vanádio é quase tão caro quanto o titânio. A segunda é a toxicidade: o alumínio e o vanádio são tóxicos em grandes quantidades. Quando o material se degrada por corrosão, íons são liberados no corpo e podem causar inflamação crônica. Esses íons também têm sido associados à doença de Alzheimer.

Para este estudo reduzimos a quantidade de alumínio e vanádio que são adicionados ao Ti-6Al-4V para fazer novos materiais à base de titânio. Também excluímos o alumínio e substituímos totalmente o vanádio por ferro para fazer outro material mais barato, à base de titânio.

Em seguida, investigamos se esses novos materiais de implante se degradariam rapidamente quando imersos no fluido corporal humano. Usamos uma solução chamada Hanks Balanced Salt Solution, que contém os principais ingredientes do fluido corporal humano. Comparamos os novos materiais de titânio com o Ti-6Al-4V de grau comercial que é comumente usado.

Quase todas as novas ligas tiveram melhor desempenho que o Ti-6Al-4V na solução salina. Aqueles que tiveram pior desempenho na solução ainda estavam no mesmo nível do Ti-6Al-4V. E nenhuma das novas ligas degradou mais de 0,13 milímetros por ano, a taxa de degradação máxima permitida para material de implante.