Cerâmica Whitlockita Inspirada no Osso Ativa a Autofagia para Impulsionar uma Regeneração Óssea Superior

O mineral ósseo não é composto exclusivamente de hidroxiapatita (HAp). A whitlockita (WH), um fosfato de cálcio contendo magnésio, constitui aproximadamente 25% do mineral ósseo humano e até 35% da dentina, mas tem sido amplamente negligenciada no desenvolvimento de biomateriais devido a desafios de fabricação. Em temperaturas acima de 800°C, a WH se desidrata e se converte em fosfato tricálcico dopado com magnésio, tornando a sinterização tradicional em altas temperaturas incompatível com a produção de cerâmicas de WH. Este estudo aborda diretamente essa barreira com uma estratégia de síntese inovadora.

Os pesquisadores fabricaram cerâmica porosa de WH por meio de transformação de fase hidrotérmica in situ a partir de cerâmica porosa bifásica de fosfato de cálcio (BCP) pré-sinterizada. Os scaffolds de BCP foram imersos em uma solução aquosa de MgCl₂/H₃PO₄ a 180°C por 12 horas e, em seguida, sinterizados a apenas 700°C para aumentar a integridade mecânica sem alterar a composição de fase. Simulações de dinâmica molecular (MD) elucidaram o mecanismo: o Mg²⁺ supera o Ca²⁺ na ligação ao HPO₄²⁻, construindo seletivamente a coluna-A do retículo cristalino da WH. A coleta sistemática de intermediários ao longo de pontos de tempo reacionais revelou uma via de transformação de fase em etapas, fornecendo uma compreensão mecanística abrangente.

Ensaios celulares in vitro com células-tronco mesenquimais da medula óssea de camundongos (BMSCs) e células endoteliais de veia umbilical humana (HUVECs) demonstraram que a cerâmica porosa de WH superou significativamente as cerâmicas de HAp e BCP em proliferação, adesão, espalhamento, migração celular e diferenciação osteogênica e angiogênica. Mecanisticamente, verificou-se que os íons Mg²⁺ liberados pela WH regulam os níveis intracelulares de ATP, ativando o eixo de sinalização AMPK-FoxO. Essa via desencadeou autofagia, que por sua vez potencializou a diferenciação osteogênica — um mecanismo anteriormente pouco explorado que conecta a biologia do magnésio à formação óssea.

As avaliações in vivo confirmaram essas vantagens. A implantação intramuscular no músculo dorsal canino demonstrou osteindução satisfatória pela cerâmica de WH, uma característica marcante dos biomateriais avançados para reparo ósseo. Modelos de defeito mandibular em ratos mostraram regeneração óssea significativamente maior nos sítios implantados com WH em comparação aos controles de HAp e BCP, com dados histológicos e de imagem sustentando a formação e integração aprimoradas de osso novo.

Esses achados posicionam a cerâmica porosa de WH como um biomaterial biomimético ósseo promissor. Sua composição reflete o mineral ósseo nativo, seu método de fabricação é escalável e seu desempenho biológico — especialmente por meio da osteogênese mediada por autofagia — oferece uma justificativa mecanística para sua superioridade. A translação clínica exigirá estudos adicionais em animais de grande porte e avaliação da degradação a longo prazo, mas o trabalho estabelece uma forte prova de conceito para as cerâmicas de WH como scaffolds osteoindutivos de próxima geração.