BIOMATERIAIS E A ENGENHARIA DE TECIDO

Eliana Cristina da Silva Rigo

8/11/2006

CLASSIFICAÇÃO DOS BIOMATERIAIS

quanto a origem quanto a resposta do organismo

quanto ao tipo de aplicação

quanto as características dos materiais

ORIGEM BIOLÓGICA

autógenos próprio paciente

alógenoshomólogos

doador

xenógenosheterólogos

animalVANTAGENS DESVANTAGENS

AUTÓGENOS • menor rejeição• maior eficácia

• duas intervenções• pouco material

ALÓGENOS • única intervenção• quantidade razoável

• risco rejeição• contaminações• custo elevado

XENÓGENOS• não necessita de cirurgia• quantidade à vontade

• maior rejeição• contaminações

QUANTO À ORIGEM

ORIGEM SINTÉTICA

cerâmicas

polímeros

compósitos

metais

QUANTO À ORIGEM

QUANTO À RESPOSTA DO ORGANISMO

RESPOSTA

bioinertes/biotoleráveis

bioreabsorvíveis

bioativos

aço inoxidáveisTi e suas ligas

Al2O3, Zr2O, Si3N4

PEUAPM, PMMAβ-fosfato tricálcico

PLA, PLG, PLGA

hidroxiapatitabiovidro

vitro-cerâmica

QUANTO AO TIPO DE APLICAÇÃO

APLICAÇÃO

bioinertes/biotoleráveis

bioreabsorvíveis

bioativos

estruturalnão-estrutural

QUANTO ÀS CARACTERÍSTICAS DOS MATERIAIS

CARACTERÍSTICA

bioinertes/biotoleráveis

bioreabsorvíveis

bioativos

densaporosa

HISTÓRICO

1ª Geração de Biomateriais – 1960 - 1970

uso de materiais dentro do corpo humano

dificuldade em se obter a combinação das propriedades físicas com o mínimo de resposta tóxica do organismo

materiais “inertes”

2ª Geração de Biomateriais – 1980

descoberta de materiais com respostas bioativas

desenvolvimento de materiais bioreabsorvíveis

suturas, placas e parafusos

HISTÓRICO

“osteocondução”

3ª Geração de Biomateriais – atualmente

HISTÓRICO

estimular respostas celulares específicas

engenharia de tecido

... então o que é um biomaterial ?

material sintético, natural ou natural modificado, destinado a estar em contato e

interagir com o sistema biológico.

ISO 10993-1:1997

Biological evaluation of medical devices

Part 1: Evaluation and testing

Biomaterial

biofuncionalbiocompatível

capacidade de funcionar com uma resposta apropriada do hospedeiro em uma aplicação específica sem causar

danos

Aplicações

Odontologia Ortopedia Cirurgia cardiovascular Oftalmologia Cirurgia plástica Farmacêutica Outras

Odontologia

275.000/ano (EUA)

ODONTOLOGIA

implantes dentais

Ortopedia

próteses de quadril

Ortopedia

Ganchos paraCorreção de

escoliose

Cage Cervical

Prótese de disco - PEUAPMhidrogel

PEUAPM

prótese de cotovelo total

material para preenchimento

xenógeno/heterólogo

Cardiovascular

Cardiovascular

válvula confeccionada com pericárdio bovino

pericárdio bovino

Reconstrução da geometria do ventrículo esquerdo com prótese semi-rígida de pericárdio bovino

Oftalmologia

Gelatinosas de hidrogel polihidroxietilmetacrilat

o (poliHEMA) Gelatinosas elásticas silicone e flúor-polímeros, com

superfície tratada

Rígidas polimetilmetacrilato

Oftalmologia

implante de lente para correção de alta miopia

e alta hipermetropia

Membrana:Membrana: PMMA ou PMMA ou

silicones e silicones e hidrogéishidrogéis

Estabilidade:Estabilidade: polipropilenopolipropileno

prótese ocular

VidroHidroxiapatita

Polietileno porosoBiocerâmicasEncaixe entre

implante e prótese: pinos de

titânio

Oftalmologia

Banda Gástrica Ajustável  Prótese de silicone com material inflável (como uma câmara de pneu) colocada na porção superior do estômago formando um anel de constrição que pode ser ajustado externamente.

Gastroenterologia

Cirurgia:Dr. Pedro Velasco DiasPrótese:Dra. Bernadete P. Pinho (BA)

Reabilitação Bucomaxilofacial

Reabilitação Bucomaxilofacial

Cirurgia:Dr. Pedro Velasco DiasPrótese:Dra. Bernadete P. Pinho (BA)

Cranioplastia

01. Gel de Silicone com diferentes graus de viscosidade;

02. Solução Salina pré-cheios ou infláveis.

03.Elastômero de Silicone (silicone sólido) moldados ou pré-cheios.

Todos os três citados podem apresentar superfícies diferentes tais como: lisa, texturizada ou recoberta com

espuma de poliuretano.

Os tipos de material para preenchimento das próteses de mama mais utilizados no Brasil são:

Cirurgia Plástica

• Contratura capsular• Ruptura da Prótese

Problemas:

Cirurgia Plástica

Próteses com superfície lisa

apresentam maior propensão para

encapsulamento e retração.

DESAFIOS

Juntas artificiais

Cimento ortopédico

diminuir liberação de calor durante a cura

Osteossíntese - dispositivos reabsorvíveis

propriedades mecânicas; controle da taxa de reabsorção

Osteossíntese

adesivo injetável

Ligamento artificial

biomaterial similar ao ligamento natural;

inserção ligamento - osso

Oftalmologia – lente intraocular

mínima intervenção; reduzir opacificação

Enxerto de vasos

elasticidade não trombogênico adesão (cola )

Catéteres e outros dispositivos

reduzir infecção

ENGENHARIA DE TECIDOS/MEDICINA REGENERATIVA

ESPERANÇA

células são cultivadas em laboratório, muitas vezes sobre um suporte apropriado para

estimular a forma do tecido que imita a estrutura e o comportamento complexo do tecido natural.

O que é engenharia de tecidos ou medicina regenerativa ?

“terapia celular”

células apropriadas cultivadas e transplantadas no orgão doente

“terapia celular” - aplicações:

- reconstrução da cartilagem danificada.

- reparo na espinha dorsal.

- reforço do sistema imune.

- tratamento de doenças autoimune como a AIDS.

- ajuda a pacientes com desordens neurológicas, Alzheimer e Parkinson.

- ajuda a pacientes com arterioesclerose.

“engenharia de tecidos - scaffolds”

células apropriadas cultivadas in vitro

sobre suporte apropriado (scaffold) diferenciando-se no tecido específico e depois implantado

“engenharia de tecidos - scaffolds” - aplicações:

- pele e cartilagem – algumas aplicações já em fase comercial.

- cartilagem, osso, fígado, nervos e vasos sanguíneos – vários estágios de pesquisa e desenvolvimento.

representa o “casamento” entre a biologia celular e

a engenharia demateriais que visa manipular

e reconstituir tecidos ou órgãos lesados

Engenharia de Tecidos

COMO ?células-tronco

Células-tronco

são as células com capacidade de auto-replicação, isto é, com capacidade de gerar

uma cópia idêntica a si mesma e com potencial de diferenciar-se em vários

tecidos.

Quanto a sua classificação, podem ser:- Totipotentes- Pluripotentes ou multipotentes- Oligotentes- Unipotentes

Quanto a sua natureza, podem ser:

- Adultas - Embrionárias

Podem ser obtidas:

- por clonagem terapêutica. - do corpo humano - de embriões

Células Pluripotentes (embrionárias) X Células Multipotentes (adultas)

• Maior número de tipos celulares• Maior facilidade no controle do crescimento e da diferenciação• Abundância• Pode-se utilizar conhecimentos obtidos em experimentos com células pluripotentes de animais• Podem acelerar o desenvolvimento das técnicas com as células-tronco adultas

LIMITAÇÕES

QUANTIDADEÉTICA

RELIGIÃOCÂNCER

SCAFFOLD

QUANTIDADEÉTICA

CÂNCERSCAFFOLD

SCAFFOLDS

BIOMATERIAIS

Requisitos dos Scaffolds

biocompatibilidade mesoporosidade para adesão celular macroporosidade para crescimento/direcionamento de tecido no interior osteocondutividade e osteoindutividade propriedades mecânicas adequadas fácil conformação degradação controlada

MATERIAIS eTÉCNICAS

SCAFFOLDS

3 cm

Espumas Bioativas(Sepulveda, 2001)

500 m

1 m

estrutura macroporosa

textura mesoporosa

Espumas Bioativas(Sepulveda, 2001)

scaffold de polímero biodegradável Peter X,M.A, 2001

Prototipagem Rápida

processo aditivo construtivo utilizado para obtenção de protótipos diretamente de um modelo

tridimensional

Sinterização Seletiva a Laser (SLS):

Utiliza materiais na forma de pó. O pó é processado em um ambiente inerte e termicamente controlado no interior de uma câmara. Ele atinge a temperatura de fusão (sinterização) por ação de um laser de CO2.

Estereolitografia (SLA):

Constrói o protótipo pela polimerização de uma resina líquida fotocurável por meio da incidência de luz ultravioleta gerada através de um raio laser. A solidificação é feita camada a camada e este processo permite a obtenção de peças com boa transparência e excelente acabamento superficial.

Modelagem por Fusão e Deposição (FDM):

Este processo de prototipagem, constrói as peças por deposição de um material termoplástico extrudado. A cabeça injetora traça os perímetros da secção transversal e os preenche construindo assim cada camada.

scaffold polímero biodegradável

“Pequenas Marias” - Guatemala 2001A separação foi realizada na UCLA Medical Center, na Califórnia, após

dois meses de preparação

Reconstrução Naso-orbitáriaParceria com Dr. José Higino Steck — Clínica ONCCAPE (Oncologia Cirúrgica e Cabeça e Pescoço) e

CenPRA (Centro de Pesquisas Renato Archer)

Engenharia de tecidos - perspectivas

a maior contribuição que a 3ª geração de biomateriais pode nos dar é a

possibilidade de que o estímulo bioativo possa ser utilizado para a ativação

genética

e com isso realizarmos um tratamento preventivo para mantermos a saúde dos

nossos tecidos com o envelhecimento

... alguns anos atrás esse conceito não era imaginado

mas ...

... precisamos nos lembrar que somente há 30 anos o conceito de um material que

não fosse rejeitado pelo organismo também não era imaginado.

GRUPO DE BIOMATERIAISUNIVERSIDADE SÃO FRANCISCO

Profa. Dra. Eliria M. J. A. Pallone1

Profa. Dra. Eliana C. S. Rigo1,* Profa. Dra. Neide A. Mariano1

Prof. MS Evandro F. Rocha2

Profa. Dra. Cintia B Binotti2Prof. MS Eduardo A. Mangini2Prof. Dr. Marcelo Yoshimoto3

Prof. Dr. Sérgio A. Júnior4

1 Programa de Pós Graduação Stricto Sensu em Engenharia e Ciência dos Materiais - Itatiba

* Programa Jovem Pesquisador - FAPESP2 Faculdade de Odontologia - Bragança Paulista

3 Instituto de Pesquisas Nucleares – IPEN – São Paulo4 Bolsista da Fundação Alexander von Humboldt

Alex P. Lima1

Dimerson F. Ferreira2

João P. Murolo1 Jussara Nobile2 Rafaela R. Oliveira2 Tais H. C. Salles2

PESQUISAS- Desenvolvimento de biomateriais com características bioativas

- Recobrimento de superfícies metálicas com material bioativo

- Recobrimento de superfícies cerâmicas com material bioativo

- Ensaio de resistência a corrosão de superfícies metálicas recobertas e não recobertas com material bioativo

- Ensaio in vivo do comportamento da camada de hidroxiapatita sobre pino de implante dental