A biocompatibilidade do tantalo
Conclusão de Robert J Harling neste artigo:
“As informações disponíveis indicam que o tântalo é altamente resistente a ataques químicos e suscita muito pouca resposta biológica adversa, tanto na forma reduzida quanto na oxidada. Muitos estudos demonstram excelente biocompatibilidade em várias situações, incluindo aquelas que envolvem cirurgia óssea. ”
O tântalo tem sido amplamente utilizado em aplicações clínicas há mais de 50 anos:
- como marcador radiográfico para fins de diagnóstico, devido à sua alta densidade
- como material de escolha para implantação permanente no osso, pois a osteomigração impede a migração
- como clipes vasculares, com a vantagem particular de que, uma vez que o tântalo não é ferromagnético, é altamente adequado para a ressonância magnética
- no reparo de defeitos cranianos – existe um padrão de material médico nos Estados Unidos da América para o tântalo nesta aplicação
- como stent flexível para evitar colapso arterial
- como stent para tratamento de estenose fistular biliar e arteriovenosa (hemodialyzer)
- no reparo de fraturas
- em aplicações odontológicas • em outras aplicações diversas
A Biocompatibilidade do tantalo
Por Robert J Harling BSc (Hons) CBiol, MIBiol, DipRCPath, MRCPath, Toxicologista Registrado na Eurotox;
Abril 2002 O relatório é reimpresso com permissão e graças à Danfoss Tantalum Technologies.
INTRODUÇÃO
Este documento analisa a literatura que apresenta informações pertinentes à questão da biocompatibilidade do tântalo. As informações vêm da literatura científica, de estudos de extração realizados pelo Danfoss Technology Center e de estudos de avaliação de superfície realizados pelo The Danish Polymer Center, Laboratório Nacional Risø, Dinamarca .
LITERATURA CIENTÍFICA
(i) Propriedades físicas O tântalo e suas ligas retêm propriedades mecânicas significativas de até 1000 dg. C. O tântalo é quimicamente estável, oxidando no ar a 300 dg. C, e possui excelente resistência à corrosão, sendo atacado apenas por ácidos e álcalis fortes que hidrolisam para formar ácido fluorídrico. Símbolo de tântalo Ta Número atômico 73 Peso atômico médio 180,95 Agrupamento de tabela periódica VB junto com vanádio e nióbio Densidade 16,6 g.cm3 Ponto de fusão 3000 dg. C Apesar de ser um metal reativo (por localização da tabela periódica), o tântalo é considerado um material nobre em termos práticos .
(ii) Resposta material Existem poucos dados publicados relativos a estudos in vitro para prever a degradação in vivo. O tântalo é coberto por uma película de óxido de tântalo de solubilidade muito baixa, em uma ampla gama de combinações de pH e pO2 que refletem situações biológicas. A reação de equilíbrio de tântalo / óxido de tântalo é impossível de caracterizar diretamente devido ao poder protetor do óxido. A liberação de corrosão in vivo é muito pequena, não havendo relatos indicando concentrações locais, sistêmicas ou remotas relacionadas à liberação de corrosão. A observação mais comum nos animais e nos relatórios clínicos é a ausência de corrosão visível ou produtos de corrosão. Em um estudo específico de biocompatibilidade, Watari et al. Estudaram o tântalo após o implante no tecido subcutâneo da região abdominal e na medula óssea femoral de ratos por 2 ou 4 semanas. Nenhuma dissolução do metal em tecidos moles foi detectada usando um microscópio analítico de varredura de raios-x (XSAM), e nenhuma dissolução do metal foi detectada no osso usando procedimentos de mapeamento por EPMA (microanalyzer elementar – EPMA). O estudo concluiu que o tântalo tinha biocompatibilidade aceitável para uso como biomaterial. Onde o movimento entre o implante e o tecido é possível, uma leve descoloração foi observada em algumas ocasiões. Isso é semelhante à situação que ocorre com as ligas de titânio e titânio e é possível secundário à remoção de partículas de óxido. A ingestão de tântalo e óxido de tântalo produz níveis muito baixos de absorção de tântalo dos sistemas respiratório ou gastrointestinal, novamente um reflexo da baixa solubilidade do material. O tântalo limpa rapidamente dos pulmões, vias aéreas e esôfago em animais e humanos na ausência de doença respiratória .
(iii) Resposta do host Partículas de tântalo (10 a 50 micrômetros) e titânio puro não causam inibição de crescimento em culturas de fibroblastos dérmicos humanos. Outros estudos agrupam o tântalo com vários outros metais e ligas, incluindo aço inoxidável e titânio puro, em relação à falta de efeitos biológicos. É difícil encontrar dados padrão relacionados aos efeitos toxicológicos do tântalo. As referências indicam que não há doença humana conhecida atribuível ao tântalo, que envenenamentos sistêmicos em situações industriais são desconhecidos e que os compostos de tântalo e tântalo não são listados como possíveis ou possíveis agentes cancerígenos. O LD50 oral para pentóxido de tântalo em ratos é citado em uma referência como sendo superior a 8 g / kg de peso corporal. Nos casos em que o tântalo rotulado foi injetado em modelos animais, apenas 15% são retidos no corpo, sendo o equilíbrio excretado rapidamente. Quarenta por cento daquilo que é retido no corpo é retido no osso .
Quando o tântalo é implantado como uma película, arame ou malha nos tecidos moles de animais ou humanos, a principal resposta local do tecido é a formação de uma membrana fina e brilhante, sem qualquer evidência de inflamação. Essa resposta foi caracterizada por tecido fibroso frouxo e vascularizado com, em alguns casos, a presença de um epitélio em contato com o implante. No trabalho de Crochet et al., Uma compreensão dos processos patológicos após a implantação de stents de tântalo na artéria femoral de ovelhas fornece mais evidências da boa biocompatibilidade exibida pelos produtos à base de tântalo. Durante os primeiros quatro dias após a implantação, observou-se uma cobertura por tróbios não organizados. Por quinze dias, a hiperplasia neointimal cobriu completamente o segmento arterial stent. Este tecido fibroblástico não mostrou reação de corpo estranho. Aos 42 dias, as células colágenas e miofibroblásticas substituíram progressivamente o tecido fibroblástico indicativo de um processo de cicatrização. Uma resposta semelhante é observada com titânio puro, ligas de titânio, zircônio, nióbio e platina após a implantação. Em um estudo específico de biocompatibilidade, Watari et al. Estudaram o tântalo após o implante no tecido subcutâneo da região abdominal e na medula óssea femoral de ratos por 2 ou 4 semanas. Nenhuma resposta inflamatória foi observada ao redor dos implantes e todos foram encapsulados com fino tecido conjuntivo fibroso. O estudo concluiu que o tântalo tem biocompatibilidade suficiente para uso como biomaterial.
Os primeiros estudos relataram abscessos após a aposição cerebral do tântalo em humanos; no entanto, a infecção deve ser considerada uma razão potencial, e não uma resposta tecidual ao material implantado. Além disso, alguns dos primeiros estudos clínicos devem ser questionados devido aos processos de origem, pureza, limpeza pré-operatória e esterilização utilizados para o tântalo implantado. Quando implantados como papel alumínio, arame, haste ou bola, existem vários relatos de que o tântalo pode ser osteointegrado. Ou seja, a aposição direta do osso é vista contra o implante sem uma camada ou cápsula de tecido mole interveniente. Foi sugerido que a razão para isso é que, como o titânio, o tântalo possui um óxido de superfície eletricamente não condutor que não desnatura as proteínas e, portanto, permite a osteointegração. O trabalho que apóia esse conceito é apresentado por Zitter et al., Que descrevem um sistema in vitro para medir a densidade de corrente de metais usados em implantes. Essas medidas produzem resultados que estão de acordo com os resultados de estudos de biocompatibilidade in vivo. Em seus estudos, metais puros como titânio, nióbio e tântalo apresentaram os menores valores de densidade de corrente que se correlacionam com esses materiais com alta biocompatibilidade. A razão citada para esses materiais com baixas densidades de corrente é a presença de uma camada estável de óxido nos metais básicos. A camada estável de óxido evita a troca de elétrons e, portanto, qualquer reação redox. Portanto, os materiais são bio-inertes. Bobyn et al (1) utilizaram implantes cilíndricos de tântalo que eram de 75 a 80% porosos, em um estudo de 52 semanas em cães, onde foram implantados no fêmur. O crescimento ósseo foi claramente demonstrado no estudo, com alta força de fixação ocorrendo em um momento anterior com os implantes de tântalo poroso. O relatório não fornece nenhuma indicação de reações adversas durante os procedimentos utilizados. O trabalho com tântalo tratado com álcalis e calor por Kato et al descreve a capacidade de ligação óssea do tântalo em estudos com coelhos, e nenhum efeito histológico indicativo de reação adversa aos implantes foi observado em seu estudo. Bobyn et al (2) estudam a resposta do tecido ósseo a um biomaterial de tântalo implantado em cães com artroplastias bilaterais de quadril. Um bom crescimento ósseo foi observado com o tântalo poroso e o exame histopatológico confirmou a biocompatibilidade dos implantes. O trabalho in vitro de Sharma et al demonstrou que a presença da camada de óxido no tântalo aumenta a adsorção de proteínas na interface. Uma mistura de proteínas foi usada nos estudos e estes incluíram albumina, globulina e fibrinogênio. A adsorção de proteínas na superfície, em vez da desnaturação, será uma das razões para bons resultados de biocompatibilidade com implantes de tântalo.
(iv) Respostas clínicas O tântalo tem sido amplamente utilizado em aplicações clínicas há mais de 50 anos: • como marcador radiográfico para fins de diagnóstico, devido à sua alta densidade • como material de escolha para implantação permanente no osso, pois a osteomigração impede a migração • como clipes vasculares, com a vantagem particular de que, uma vez que o tântalo não é ferromagnético, é altamente adequado para a ressonância magnética • no reparo de defeitos cranianos – existe um padrão de material médico nos Estados Unidos da América para o tântalo nesta aplicação • como stent flexível para evitar colapso arterial • como stent para tratamento de estenose fistular biliar e arteriovenosa (hemodialyzer) • no reparo de fraturas • em aplicações odontológicas • em outras aplicações diversas Aronson et al realizaram um estudo específico de marcadores de tântalo na radiografia com marcadores esféricos e pinos sendo implantados nos tecidos moles e ósseos de coelhos e crianças. Nenhuma reação macroscópica foi observada ao redor dos marcadores; os implantados no osso foram firmemente fixados, exibindo contato próximo com as lamelas ósseas adjacentes. O exame microscópico em coelhos não mostrou reação ou fibrose leve no osso e fibrose leve, mas nenhuma ou apenas uma resposta inflamatória mínima após 6 semanas. Nas crianças, nenhuma reação inflamatória e apenas fibrose leve estavam presentes até 48 semanas após a inserção. A bioinércia do tântalo foi comentada na conclusão do artigo.
CONCLUSÃO
As informações disponíveis indicam que o tântalo é altamente resistente a ataques químicos e suscita muito pouca resposta biológica adversa, tanto na forma reduzida quanto na oxidada. Muitos estudos demonstram excelente biocompatibilidade em várias situações, incluindo aquelas que envolvem cirurgia óssea. Os metais revestidos com tântalo e o próprio tântalo não liberam nada no meio de extração durante procedimentos padronizados, e a análise de superfície mostra perfis de baixa impureza. Desde que o tântalo usado na fabricação dos dispositivos médicos propostos atenda aos critérios de pureza, não há razão para realizar estudos adicionais de biocompatibilidade em animais. Este relatório foi preparado por: Data: abril de 2002 Robert J Harling BSc (Hons) CBiol, MIBiol, DipRCPath, MRCPath, Toxicologista Registrado na Eurotox
REFERÊNCIAS
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