Implantes dentários inteligentes

Mais de 3 milhões de pessoas nos Estados Unidos têm implantes dentários, usados para substituir um dente perdido por cárie, doença gengival ou lesão. Os implantes representam um salto de progresso sobre dentaduras ou pontes, encaixando com muito mais segurança e projetados para durar 20 anos ou mais.

Mas muitas vezes os implantes ficam aquém dessa expectativa, precisando de substituição em cinco a 10 anos devido à inflamação local ou doença gengival, exigindo a repetição de um procedimento caro e invasivo para os pacientes.

“Queríamos abordar esse problema e, por isso, criamos um implante inovador”, diz Geelsu Hwang, professor assistente da Faculdade de Medicina Dentária da Universidade da Pensilvânia, com experiência em engenharia que traz para sua pesquisa sobre questões de saúde bucal.

O novo implante implementaria duas tecnologias-chave, diz Hwang. Um deles é um material infundido com nanopartículas que resiste à colonização bacteriana. E o segundo é uma fonte de luz embutida para realizar a fototerapia, alimentada pelos movimentos naturais da boca, como mastigar ou escovar os dentes. Em um artigo na revista ACS Applied Materials & Interfaces e em um artigo de 2020 na revista Advanced Healthcare Materials, Hwang e colegas apresentam sua plataforma, que um dia poderá ser integrada não apenas em implantes dentários, mas em outras tecnologias, como substituições de articulações, também.

“A fototerapia pode abordar um conjunto diversificado de problemas de saúde”, diz Hwang. “Mas uma vez que um biomaterial é implantado, não é prático substituir ou recarregar uma bateria. Estamos usando um material piezoelétrico, que pode gerar energia elétrica a partir de movimentos orais naturais para fornecer uma luz que pode conduzir fototerapia, e descobrimos que ele pode proteger o tecido gengival do desafio bacteriano.”

No artigo, o material explorado pelos pesquisadores foi o titanato de bário (BTO), que tem propriedades piezoelétricas, que são aproveitadas em aplicações como capacitores e transistores, mas ainda não foi explorado como base para biomateriais implantáveis anti-infecciosos. Para testar seu potencial como base para um implante dentário, a equipe primeiro usou discos incorporados com nanopartículas de BTO e os expôs a Streptococcus mutans, um componente primário do biofilme bacteriano responsável pela cárie dentária, comumente conhecido como placa dentária. Eles descobriram que os discos resistiram à formação de biofilme de maneira dose-dependente. Discos com maiores concentrações de BTO foram melhores na prevenção da ligação de biofilmes.

Embora estudos anteriores tenham sugerido que o BTO pode matar bactérias completamente usando espécies reativas de oxigênio geradas por reações de polarização elétrica ou catalisadas por luz, Hwang e colegas não descobriram que esse fosse o caso devido à eficácia de curta duração e efeitos fora do alvo dessas abordagens. Em vez disso, o material gera uma carga superficial negativa aprimorada que repele as paredes celulares carregadas negativamente das bactérias. É provável que esse efeito de repulsão seja duradouro, dizem os pesquisadores.

“Queríamos um material de implante que pudesse resistir ao crescimento bacteriano por um longo tempo porque os desafios bacterianos não são uma ameaça única”, diz Hwang.

A propriedade geradora de energia do material foi mantida e em testes ao longo do tempo o material não foi lixiviado. Também demonstrou um nível de resistência mecânica comparável a outros materiais usados em aplicações odontológicas.

Por fim, o material não prejudicou o tecido gengival normal nos experimentos dos pesquisadores, apoiando a ideia de que isso poderia ser usado sem prejudicar a boca.

A tecnologia é finalista no programa acelerador de pesquisa do Centro de Ciências, o programa QED Proof-of-Concept. Como um dos 12 finalistas, Hwang e colegas receberão orientação de especialistas em comercialização. Se o projeto avançar para ser um dos três finalistas, o grupo tem potencial para receber até US$ 200.000 em financiamento.

Em trabalhos futuros, a equipe espera continuar a refinar o sistema de implante dentário “inteligente”, testando novos tipos de materiais e talvez até usando propriedades assimétricas em cada lado dos componentes do implante, uma que incentive a integração do tecido no lado voltado para as gengivas e uma que resiste à formação bacteriana no lado voltado para o resto da boca.

“Esperamos desenvolver ainda mais o sistema de implantes e, eventualmente, vê-lo comercializado para que possa ser usado no campo odontológico”, diz Hwang.

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