Nanotecnologia em próteses dentárias de titânio

Internalização de nanopartículas de dióxido de titânio (anatase) por células ósseas humanas: efeito Cavalo de Tróia

Equipe Canal Ciência

Ana Ribeiro

Sara Gemini Piperni

André Rossi

Luis Rocha

Radovan Borojevic

José Mauro Granjeiro

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico

Financiadora de Estudos e Projetos

Instituto Nacional de Metrologia, Qualidade e Tecnologia

Centro Brasileiro de Pesquisas Físicas

Nesta pesquisa, foram utilizadas nanopartículas de dióxido de titânio (TiO2), que simulam as partículas de desgaste, permitindo estudar sua toxicidade e interação com células ósseas humanas.

Artigo de periódico

A odontologia tem passado por uma revolução que oferece aos pacientes implantes que reúnem confiabilidade, conforto e durabilidade. Devido à sua excelente compatibilidade com tecidos orgânicos, o titânio vem sendo utilizado em implantes dentários. Entretanto, podem ocorrer alguns problemas com esses implantes, como infecção microbiana, baixa velocidade de osseointegração, reabsorção óssea, formação de tecidos fibrosos ou mesmo a liberação de partículas de desgaste ou de corrosão devido aos movimentos entre a base do implante e os tecidos em sua volta. Essas partículas podem estimular uma resposta do sistema imunológico, gerando inflamação crônica, perda óssea e diminuição do grau de osseointegração, levando, em casos extremos, à perda do implante.

Para estudar os efeitos no comportamento celular ósseo das partículas de desgaste liberadas pelo implante de titânio no tecido ósseo, foi criada uma equipe multidisciplinar e internacional composta por pesquisadores de vários institutos de pesquisas, dentre eles o Centro Brasileiro de Pesquisa Física (CBPF), o Instituto Nacional de Metrologia, Qualidade e Tecnologia (Inmetro), a Universidade Estadual Paulista (Unesp), a Universidade Federal Fluminense (UFF) e a Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ). Ao longo dessa pesquisa, foram utilizadas nanopartículas de dióxido de titânio (TiO2), que simulam as partículas de desgaste, permitindo estudar sua toxicidade e interação com células ósseas humanas.

Na fase inicial da pesquisa, foram analisadas as características das nanopartículas, como tamanho e morfologia, por meio de microscópio eletrônico (MET), o qual utiliza elétrons ao invés de luz para a formação das imagens, gerando imagens com resolução muito superior àquelas obtidas com microscópios ópticos. Em seguida, o comportamento das nanopartículas foi observado em meio de cultura, no qual formaram aglomerados com cerca de 150 nm. Quando as nanopartículas foram colocadas no meio de cultura, elas ficaram recobertas por uma camada formada por íons de cálcio e fósforo, processo chamado de adsorção. Ao mesmo tempo, proteínas também ficaram aderidas às nanopartículas, resultando numa superfície formada por íons e proteínas, chamada de biocomplexo. Esses aglomerados de nanopartículas cobertos por biocomplexos também foram observados por MET e por Energia Dispersiva de Raio-X (EDX) que, juntos, forneceram um verdadeiro retrato da estrutura química desses aglomerados, identificando todos os elementos químicos neles presentes.

Já o estudo da toxicidade foi realizado expondo diferentes concentrações de nanopartículas às células ósseas humanas crescidas in vitro. Após ficarem em contato com as nanopartículas durante 72h, as células foram analisadas por MET e EDX para verificar a internalização das nanopartículas nas organelas celulares e avaliar se os biocomplexos mantiveram-se na superfície das nanopartículas internalizadas pelas células.

Os resultados dos estudos atendem a uma demanda pelo desenvolvimento de novas metodologias de avaliação dos potenciais riscos para a saúde associados à exposição de nanopartículas e poderão gerar recomendações ou normas de controle da qualidade dos implantes que chegam ao mercado nacional.

Um dos resultados importantes desta pesquisa é que não foram encontrados indícios de toxicidade dos biocomplexos formados por nanopartículas nas células ósseas. Não foi observada qualquer diminuição do número de células cultivadas após 72h de exposição. Contudo, concentrações mais elevadas de nanopartículas podem afetar o ciclo celular, danificando o DNA delas por estresse oxidativo.

Quantidade elevada de nanopartículas foi rapidamente internalizada pelas células. Aparentemente, os biocomplexos, após internalizados pelas células, podem ser dissociados uma vez que nenhuma distribuição de cálcio foi observada em torno de nanopartículas no interior da célula. Assim, o biocomplexo testado funciona como um “cavalo de Troia”, que facilita a própria internalização, uma vez que o cálcio é um regulador chave de várias funções celulares. Na verdade, fósforo e cálcio são íons que desempenham um importante papel no processo de mineralização de células ósseas.

Os resultados abrem novas perspectivas de aplicação médica da nanotecnologia, já que mostram que partículas podem ser camufladas e facilmente internalizadas por células. Desta forma, será possível pensar em aplicações em que um medicamento possa ser escondido em um biocomplexo formado por nanopartículas e liberado apenas no interior das células (por exemplo, no tratamento de células cancerígenas), aumentando a eficiência do medicamento e reduzindo eventuais efeitos colaterais.

Ciências Biológicas

Portuguesa Nanotecnologia

Portuguesa Próteses dentárias

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