Resumo: As cirurgias no sistema musculoesquelético têm um impacto significativo no sistema de saúde, exigindo frequentemente o uso de implantes para reabilitação. Entretanto os implantes utilizados atualmente apresentam limitações que podem levar a baixa osseointegração e contaminação, conhecida como osteomielite. Implantes combinados com scaffolds farmacológicos e osteocondutivos surgem como alternativas promissoras para minimizar as falhas dos implantes existentes. O uso de ligas de titânio, como Ti6Al4V, é comum em implantes devido à sua resistência mecânica, mas modificações estruturais são necessárias para reduzir sua rigidez e evitar a reabsorção óssea. Aditivos, como hidroxiapatita (HA) e colágeno (COL), podem ser utilizados para melhorar a osteocondução e consequente osseointegração, e antibióticos, como a rifampicina (RIF), para prevenir a osteomielite. O polímero biorreabsorvível poli (ácido lático-co-ácido glicólico) (PLGA) é amplamente utilizado como matriz para aditivos e fármacos para produção de scaffolds. As técnicas de manufatura aditiva, incluindo fusão em leito de pó e (bio)impressão 3D, tem grande potencial na produção de implantes e scaffolds, permitindo customização e adequando suas propriedades mecânicas e estruturais. A rotofiação também é uma técnica promissora e permite a produção de scaffolds poliméricos fibrosas que mimetizam a matriz extracelular. Este estudo demonstra o potencial da combinação dessas técnicas e materiais para promover a osseointegração e a atividade antibacteriana, apresentando novos scaffolds e implantes com grande aplicabilidade na regeneração óssea. Para isso, scaffolds e implantes compósitos baseados em PLGA-HA, PLGA-COL-HA, PLGA-HA-RIF e Ti6Al4V foram desenvolvidos e caracterizados. Os implantes produzidos por meio de manufatura aditiva e os scaffolds fabricados por rotofiação apresentaram características desejáveis, como estabilidade dos materiais envolvidos, morfologia homogênea, distribuição uniforme de aditivos, propriedade osteocondutiva, liberação controlada de antibiótico e biocompatibilidade. Além disso, os scaffolds produzidos por (bio)impressão 3D utilizando coextrusão multimaterial demonstraram propriedades mecânicas aprimoradas comparada a outros materiais (bio)impressos e capacidade de promover a viabilidade, proliferação e diferenciação de células-tronco mesenquimais para facilitar a regeneração óssea. Esses resultados oferecem uma visão otimista para o futuro do tratamento de lesões no aparelho locomotor, indicando que os implantes desenvolvidos neste estudo têm o potencial de superar as limitações dos implantes atuais, melhorando assim os resultados clínicos e a qualidade de vida dos pacientes. No entanto, é importante ressaltar a necessidade de estudos adicionais para otimizar as condições de processamento e validar a eficácia da regeneração óssea in vivo, garantindo assim a tradução bem-sucedida desses avanços para a prática clínica. Com isso, este trabalho contribui significativamente para o avanço da engenharia de tecidos ósseos e oferece uma base sólida para pesquisas futuras nessa área crucial da medicina regenerativa Ver menos

Abstract: Skeletal system surgeries have a significant impact on the healthcare system in Brazil and globally. Orthopedic implants are usually essential for patient rehabilitation. However, current implants have limitations that can lead to low osseointegration and contamination, known as osteomyelitis. Implants combined with pharmacological and osteoconductive scaffolds emerge as promising alternatives to minimize the failures of existing implants. The use of titanium alloys, such as Ti6Al4V, is common in implants due to their mechanical strength, but structural modifications are necessary to reduce their stiffness and avoid bone resorption. Additives, such as hydroxyapatite (HA) and collagen (COL), can be used to improve osteoconduction and subsequent osseointegration, and antibiotics, such as rifampicin (RIF), to prevent osteomyelitis. The biodegradable polymer poly(lactic-co-glycolic acid) (PLGA) is widely used as a matrix for additives and drugs for scaffold production. Additive manufacturing techniques, including powder bed fusion and 3D (bio)printing, have great potential in producing implants and scaffolds, allowing customization and tailoring of their mechanical and structural properties. Rotary jet spinning is also a promising technique and enables the production of fibrous polymeric scaffolds that mimic the extracellular matrix. This study demonstrates the potential of combining these techniques and materials to promote osseointegration and antibacterial activity, presenting new scaffolds and implants with great applicability in bone regeneration. For this purpose, composite scaffolds and implants based on PLGA-HA, PLGA-COL-HA, PLGA-HA-RIF, and Ti6Al4V were developed and characterized. Implants produced through additive manufacturing and scaffolds manufactured by rotary jet spinning showed desirable characteristics, such as stability of the involved materials, homogeneous morphology, uniform distribution of additives, osteoconductive property, controlled antibiotic release, and biocompatibility. Furthermore, scaffolds produced by 3D (bio)printing using multimaterial coextrusion demonstrated enhanced mechanical properties compared to other (bio)printed materials and the ability to promote the viability, proliferation, and differentiation of mesenchymal stem cells to facilitate bone regeneration. These results offer an optimistic view for the future of locomotor system injury treatment, indicating that the implants developed in this study have the potential to overcome the limitations of current implants, thus improving clinical outcomes and patients' quality of life. However, it is important to emphasize the need for additional studies to optimize processing conditions and validate the effectiveness of in vivo bone regeneration, thus ensuring the successful translation of these advancements into clinical practice. Therefore, this work significantly contributes to advancing bone tissue engineering and provides a solid foundation for future research in this crucial area of regenerative medicine Ver menos