Construindo as bases para a biofabricação de implantes regenerativos paciente-específico para reparação de lesões parciais dos meniscos do joelho: uma abordagem baseada em bioimpressão 3D.

dc.contributor.advisor1STOCCO, Thiago Domingues
dc.creatorTSUMURA, Willian Gonçalves
dc.date.accessioned2025-03-07T18:27:43Z
dc.date.issued2024
dc.description.abstractThe knee meniscus is a fibrocartilaginous structure essential to joint biomechanics, playing critical roles, fundamental to maintaining knee health and preventing cartilage degeneration. Meniscal injuries are common, and due to limited vascularization, have a low healing capacity, often requiring surgical intervention, such as partial meniscectomy. However, the lack of effective therapeutic options for partial lesions, which represent the majority of the cases, underscores the need for innovative alternatives, as these lesions are associated with early osteoarthritis development. This study aimed to develop a personalized regenerative implant for partial knee meniscus lesions, using 3D bioprinting guided by magnetic resonance imaging (MRI) and computer-aided design (CAD) software to replicate each patient’s specific meniscal lesion morphology. The methodology involved generating 3D digital models of the menisci based on MRI images, followed by lesion modeling performed in Fusion 360 software, where the intact contralateral meniscus was mirrored to guide the lesion 3D model construction in the injured meniscus. After the modeling phase, implant fabrication was carried out using GelMA-based hydrogel with 3D extrusion bioprinting. The printed implant was then subjected to quantitative morphological analysis using structured light 3D scanning and GOM Inspect metrology software to evaluate its accuracy against the digital model, ensuring the morphological fidelity necessary for replicating meniscal tissue. Next, an ex vivo proof of concept was conducted, in which implants obtained by the same technique were implanted in porcine menisci with controlled lesions, allowing for visual and quantitative evaluation of implant structural adaptation in various lesions geometries, encompassing different sizes and locations in the meniscus. The results showed high fidelity between the implant and the digital model, with an average deviation of less than ±1.5 mm in deviation analysis and precise adaptation in ex vivo tests, suggesting that our approach has clinical potential for the fabrication of patient-specific meniscal implants. These findings underscore the feasibility of 3D bioprinting as a promising alternative in knee regenerative medicine.
dc.description.resumoO menisco do joelho é uma estrutura fibrocartilaginosa essencial para a biomecânica articular, desempenhando funções diversas fundamentais para manter a saúde do joelho e prevenir a degeneração da cartilagem. Lesões meniscais são comuns e, devido à limitada vascularização, apresentam baixa capacidade de cicatrização, frequentemente exigindo intervenção cirúrgica, como a meniscectomia parcial. Contudo, a falta de opções terapêuticas eficazes para lesões parciais, que representam a maioria dos casos, destaca a necessidade de alternativas inovadoras, uma vez que estão associadas ao desenvolvimento precoce de osteoartrite. Este estudo teve como objetivo desenvolver um implante regenerativo personalizado para lesões parciais dos meniscos do joelho, utilizando bioimpressão 3D orientada por imagens médicas de ressonância magnética nuclear (RMN) e software de design assistido por computador (CAD), visando replicar a morfologia específica da lesão meniscal de cada paciente. A metodologia incluiu a geração de modelos digitais 3D dos meniscos com base em imagens de RMN, seguidas da modelagem da lesão no software Fusion 360, onde o menisco intacto contralateral foi espelhado para orientar a construção do modelo 3D da lesão do menisco lesionado. Após esta etapa, a fabricação do implante foi realizada com hidrogel à base de GelMA, utilizando bioimpressão 3D por extrusão. O implante impresso foi submetido a análise morfológica quantitativa por escaneamento 3D de luz estruturada, utilizando o software GOM Inspect para avaliar sua precisão em relação ao modelo digital. Em seguida, foi conduzida uma prova de conceito ex vivo, na qual implantes obtidos pela mesma técnica foram implantados em meniscos porcinos com lesões controlados, para avaliação visual e quantitativa da adaptação estrutural do implante em geometrias diversas de lesões em diferentes tamanhos e localizações. Os resultados demonstraram alta fidelidade entre o implante e o modelo digital, com desvio médio inferior a ±1,5 mm, e adaptação precisa nos testes ex vivo, sugerindo que a abordagem desenvolvida possui potencial clínico para a fabricação de implantes meniscais personalizados e viabilidade da bioimpressão 3D como alternativa promissora para a medicina regenerativa do joelho.
dc.editor.advisorUniversidade Brasil
dc.formatPDF
dc.identifier.urihttps://repositorioacademico.universidadebrasil.edu.br/handle/123456789/913
dc.languagept_BR
dc.publisherUniversidade Brasil
dc.publisher.countryBrasil
dc.publisher.departmentUniversidade Brasil
dc.publisher.initialsUB
dc.publisher.programPrograma de Pós-graduação do Curso de Bioengenharia
dc.rightsAcesso Aberto
dc.subjectMenisco
dc.subjectEngenharia tecidual
dc.subjectImpressão tridimensional
dc.subjectModelagem paciente-específica.
dc.subject.cnpqBioengenharia
dc.titleConstruindo as bases para a biofabricação de implantes regenerativos paciente-específico para reparação de lesões parciais dos meniscos do joelho: uma abordagem baseada em bioimpressão 3D.
dc.typeDissertação de mestrado

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