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

25 de novembro de 2022

por Michael Oluwatosin Bodunrin, A Conversa

O titânio é um metal forte, resistente 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 outros metais enferrujem e, como a pesquisa mostrou, 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. Dados precisos são difíceis de obter, mas um custo médio conservador de próteses à base de titânio está entre US$ 3.000 e US$ 10.000. Isso é caro para a maioria das pessoas e proibitivo para a maioria das pessoas em países de renda média e baixa, como os da África.

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

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

Descobrimos que as novas ligas apresentaram ferrugem insignificante na solução. As novas ligas, que são um pouco mais baratas do que as ligas comerciais, tiveram um desempenho tão bom - e uma liga até a 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 usado em sua forma pura, falta-lhe a força e a resistência ao desgaste necessárias para lidar com os rigores da atividade 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 o 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 pela corrosão, os 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 do que o Ti-6Al-4V na solução salina. Aqueles que se saíram pior 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 máxima de degradação permitida para o material de implante.