Mistura de PCL e PDO impressa em 3D não atinge resistência radial adequada para stent traqueal, aponta estudo in vitro

Estudo comparou impressão por filamento e por pellets com PCL, PDO e mistura 75/25; a mistura teve módulo elástico pouco maior que o PCL puro, mas a pior resistência à compressão radial.

Um estudo de engenharia de materiais avaliou a impressão 3D por deposição de material fundido de PCL, PDO e de uma mistura com 75% de PCL e 25% de PDO (PDOPCL) para fabricação de stents traqueais customizados, comparando duas rotas de alimentação: filamento (FFF) e pellets (FGF). Em corpos de prova retangulares, as duas tecnologias tiveram desempenho mecânico semelhante, com módulo elástico de 131,11 MPa na FFF e 134,93 MPa na FGF. Já nos corpos tubulares e nos stents, a mistura PDOPCL apresentou a pior resistência à compressão radial: pressão radial normalizada de 0,95 MPa nos stents, contra 2,01 MPa do PDO e 1,42 MPa do PCL. Os autores concluem que a mistura não é adequada para aplicações sujeitas a carga radial, como stents.

Contexto

A impressão 3D por deposição de material fundido permite fabricar dispositivos complexos e específicos para cada paciente a partir de polímeros biodegradáveis, mas sua translação para uso clínico exige controle de todo o fluxo de produção, da escolha do material ao pós-processamento. Os autores apontam duas limitações principais da manufatura aditiva: escalabilidade industrial e disponibilidade de materiais adequados, lembrando que polímeros bioabsorvíveis são suscetíveis à exposição térmica durante o processamento. PCL e PDO são poliésteres alifáticos sintéticos usados em scaffolds e suturas; o PCL é flexível e de degradação lenta, e o PDO tem degradação em semanas e propriedades mecânicas próximas às do colágeno e da elastina. A expectativa era que a mistura mantivesse a flexibilidade do PCL com maior robustez mecânica e menor tempo de degradação. Segundo os autores, não foram encontrados dispositivos médicos para manejo de via aérea fabricados com mistura de PDO/PCL, embora a combinação já tenha sido investigada em scaffolds vasculares, guias nervosos e stents gastrointestinais.

Como foi feito

Estudo experimental in vitro conduzido em laboratório, com três formulações: PDO, PCL e mistura com 25% de PDO e 75% de PCL (PDOPCL), preparada internamente. O PDO foi obtido da Lattice Medical (França) e o PCL da 3D4Makers (Países Baixos), ambos em filamento para impressão 3D. A caracterização térmica foi feita por calorimetria exploratória diferencial (DSC), com temperaturas de fusão em torno de 60 °C para o PCL e 105 °C para o PDO. Na rota FFF, os materiais foram pesados, triturados e granulados em partículas menores que 4 mm e extrudados em filamento de 1,75 mm, com secagem prévia de 24 horas; na rota FGF, foram fundidos a 130 °C por 10 minutos, novamente granulados e alimentados diretamente no funil da impressora. Para comparar as tecnologias, cinco corpos retangulares de 40 × 5 × 2 mm e cinco tubulares de 10 mm de diâmetro por 5 mm de altura foram impressos em PDOPCL por cada rota. Na comparação de materiais, os mesmos tipos de corpo de prova foram impressos em FFF com PDO, PCL e PDOPCL. Por fim, três stents traqueais de cada material foram fabricados com geometria em X previamente validada, com 40 mm de comprimento e 4,5 mm de diâmetro, dimensionados para a traqueia de coelhos em futuros estudos in vivo do grupo. Os ensaios mecânicos foram de tração axial, segundo a ISO 527-1:2019, e de compressão radial, com programa cíclico baseado na ASTM F3067, em máquina universal Zwick Roell.

O que encontraram

Nos corpos retangulares de PDOPCL, a tração mostrou comportamento semelhante entre FFF e FGF, com alta plasticidade e alongamento até a ruptura acima de 500% nos dois grupos. O módulo elástico foi de 131,11 ± 36,76 MPa na FFF e 134,93 ± 28,46 MPa na FGF. Todos os corpos apresentaram branqueamento induzido por estresse durante o alongamento, interpretado como dano microestrutural e rearranjo molecular típico de polímeros semicristalinos. Nos tubulares, os espécimes FFF tiveram parede mais fina (0,8 mm) que os FGF (1,2 mm em média), atribuída ao maior multiplicador de extrusão usado na FGF, e superfície com linhas de camada visíveis, enquanto os FGF mostraram acabamento mais homogêneo. A força máxima de compressão radial foi de 481,46 N na FFF e 414,03 N na FGF; após normalização pela área conforme a ASTM F3067, a pressão radial média foi de 3,44 MPa na FFF e 2,85 MPa na FGF, diferença de cerca de 21%, que os autores não atribuem exclusivamente à tecnologia porque a normalização não considera a espessura da parede.

Limitações

Os autores reconhecem que a degradação dos polímeros não foi investigada, de modo que o efeito dos parâmetros de impressão sobre o comportamento de degradação permanece desconhecido. Também apontam que, apesar de a mesma geometria e o mesmo software de fatiamento terem sido usados, houve diferenças de espessura de parede entre as amostras tubulares das duas tecnologias, o que impede atribuir as diferenças de desempenho radial exclusivamente ao processo de fabricação. O estudo é inteiramente in vitro, com amostras pequenas (cinco corpos de prova por grupo e três stents por material), sem avaliação em animais ou em pacientes, sem dados de biocompatibilidade ou de comportamento em serviço e sem seguimento. Os próprios autores observam que não há na literatura valores-limite universalmente aceitos de força, rigidez ou tensão radial para stents de via aérea, o que limita a interpretação clínica dos achados.

Para o pediatra

Este é um estudo de engenharia de materiais, sem pacientes, e não muda a conduta clínica atual. O que ele mostra é que fabricar um stent de via aérea por impressão 3D exige mais do que escolher um polímero biocompatível: a geometria da peça e o tempo de resfriamento entre camadas impressas influenciam diretamente a resistência mecânica final. No caso da mistura de PCL e PDO testada, o resultado não foi suficiente para aplicações que precisam de suporte radial, como um stent traqueal, e os autores concluem que ela não é adequada para esse uso. Para o pediatra, a mensagem prática é que stents bioabsorvíveis impressos sob medida para crianças com obstrução de via aérea ainda estão em fase de desenvolvimento laboratorial, e não há, neste material, dados que sustentem seu uso clínico.

Para o especialista

O estudo acrescenta dados de bancada sobre a cadeia de fabricação de stents traqueais bioabsorvíveis por FDM, comparando alimentação por filamento e por pellets e caracterizando PCL, PDO e mistura 75/25. Para quem avalia indicação e técnica, o achado central é que a mistura PDOPCL, apesar de módulo elástico ligeiramente superior ao do PCL puro em tração, teve a pior pressão radial normalizada tanto em tubulares quanto em stents com geometria em X (0,95 MPa nos stents, contra 2,01 MPa do PDO e 1,42 MPa do PCL), o que os autores consideram insuficiente para aplicações sujeitas a carga radial. O trabalho também sugere que a escolha entre FFF e FGF pode ser feita por conveniência prática, já que o método de alimentação não foi o fator determinante das propriedades mecânicas, e que geometria e tempo de resfriamento entre camadas pesam mais. A confiança é limitada: são ensaios in vitro, com amostras pequenas, sem dados de degradação, biocompatibilidade ou desempenho in vivo, e sem limiares de referência estabelecidos para força radial em stents de via aérea. Os stents foram dimensionados para a traqueia de coelhos, em preparação para estudos in vivo futuros do grupo.

Referência

Sánchez González C, Malvè M, Díaz Jiménez C. Additive Manufacturing of Bioresorbable Tracheal Stents from PDO/PCL Blends: Effects of Composition and Processing on Structure and Properties. Materials (Basel) 2026.

DOI: 10.3390/ma19194117 · PubMed: 42882617

Texto completo gratuito: doi.org, licença CC BY.

Matéria escrita pelo Fôlego a partir do texto completo em acesso aberto.