biomateriais e a engenharia de tecido eliana cristina da silva rigo 8/11/2006
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BIOMATERIAIS E A ENGENHARIA DE TECIDO
Eliana Cristina da Silva Rigo
8/11/2006
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CLASSIFICAÇÃO DOS BIOMATERIAIS
quanto a origem quanto a resposta do organismo
quanto ao tipo de aplicação
quanto as características dos materiais
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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
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ORIGEM SINTÉTICA
cerâmicas
polímeros
compósitos
metais
QUANTO À ORIGEM
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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
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QUANTO AO TIPO DE APLICAÇÃO
APLICAÇÃO
bioinertes/biotoleráveis
bioreabsorvíveis
bioativos
estruturalnão-estrutural
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QUANTO ÀS CARACTERÍSTICAS DOS MATERIAIS
CARACTERÍSTICA
bioinertes/biotoleráveis
bioreabsorvíveis
bioativos
densaporosa
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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”
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2ª Geração de Biomateriais – 1980
descoberta de materiais com respostas bioativas
desenvolvimento de materiais bioreabsorvíveis
suturas, placas e parafusos
HISTÓRICO
“osteocondução”
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3ª Geração de Biomateriais – atualmente
HISTÓRICO
estimular respostas celulares específicas
engenharia de tecido
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... 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
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Biomaterial
biofuncionalbiocompatível
capacidade de funcionar com uma resposta apropriada do hospedeiro em uma aplicação específica sem causar
danos
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Aplicações
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Odontologia Ortopedia Cirurgia cardiovascular Oftalmologia Cirurgia plástica Farmacêutica Outras
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Odontologia
275.000/ano (EUA)
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ODONTOLOGIA
implantes dentais
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Ortopedia
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próteses de quadril
Ortopedia
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Ganchos paraCorreção de
escoliose
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Cage Cervical
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Prótese de disco - PEUAPMhidrogel
PEUAPM
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prótese de cotovelo total
material para preenchimento
xenógeno/heterólogo
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Cardiovascular
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Cardiovascular
válvula confeccionada com pericárdio bovino
pericárdio bovino
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Reconstrução da geometria do ventrículo esquerdo com prótese semi-rígida de pericárdio bovino
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Oftalmologia
Gelatinosas de hidrogel polihidroxietilmetacrilat
o (poliHEMA) Gelatinosas elásticas silicone e flúor-polímeros, com
superfície tratada
Rígidas polimetilmetacrilato
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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
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prótese ocular
VidroHidroxiapatita
Polietileno porosoBiocerâmicasEncaixe entre
implante e prótese: pinos de
titânio
Oftalmologia
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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
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Cirurgia:Dr. Pedro Velasco DiasPrótese:Dra. Bernadete P. Pinho (BA)
Reabilitação Bucomaxilofacial
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Reabilitação Bucomaxilofacial
Cirurgia:Dr. Pedro Velasco DiasPrótese:Dra. Bernadete P. Pinho (BA)
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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
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• Contratura capsular• Ruptura da Prótese
Problemas:
Cirurgia Plástica
Próteses com superfície lisa
apresentam maior propensão para
encapsulamento e retração.
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DESAFIOS
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Juntas artificiais
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Cimento ortopédico
diminuir liberação de calor durante a cura
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Osteossíntese - dispositivos reabsorvíveis
propriedades mecânicas; controle da taxa de reabsorção
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Osteossíntese
adesivo injetável
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Ligamento artificial
biomaterial similar ao ligamento natural;
inserção ligamento - osso
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Oftalmologia – lente intraocular
mínima intervenção; reduzir opacificação
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Enxerto de vasos
elasticidade não trombogênico adesão (cola )
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Catéteres e outros dispositivos
reduzir infecção
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ENGENHARIA DE TECIDOS/MEDICINA REGENERATIVA
ESPERANÇA
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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 ?
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“terapia celular”
células apropriadas cultivadas e transplantadas no orgão doente
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“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.
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“engenharia de tecidos - scaffolds”
células apropriadas cultivadas in vitro
sobre suporte apropriado (scaffold) diferenciando-se no tecido específico e depois implantado
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“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.
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representa o “casamento” entre a biologia celular e
a engenharia demateriais que visa manipular
e reconstituir tecidos ou órgãos lesados
Engenharia de Tecidos
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COMO ?células-tronco
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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.
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Quanto a sua classificação, podem ser:- Totipotentes- Pluripotentes ou multipotentes- Oligotentes- Unipotentes
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Quanto a sua natureza, podem ser:
- Adultas - Embrionárias
Podem ser obtidas:
- por clonagem terapêutica. - do corpo humano - de embriões
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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
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LIMITAÇÕES
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QUANTIDADEÉTICA
RELIGIÃOCÂNCER
SCAFFOLD
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QUANTIDADEÉTICA
CÂNCERSCAFFOLD
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SCAFFOLDS
BIOMATERIAIS
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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
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MATERIAIS eTÉCNICAS
SCAFFOLDS
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3 cm
Espumas Bioativas(Sepulveda, 2001)
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500 m
1 m
estrutura macroporosa
textura mesoporosa
Espumas Bioativas(Sepulveda, 2001)
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scaffold de polímero biodegradável Peter X,M.A, 2001
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Prototipagem Rápida
processo aditivo construtivo utilizado para obtenção de protótipos diretamente de um modelo
tridimensional
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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.
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scaffold polímero biodegradável
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“Pequenas Marias” - Guatemala 2001A separação foi realizada na UCLA Medical Center, na Califórnia, após
dois meses de preparação
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Reconstrução Naso-orbitáriaParceria com Dr. José Higino Steck — Clínica ONCCAPE (Oncologia Cirúrgica e Cabeça e Pescoço) e
CenPRA (Centro de Pesquisas Renato Archer)
![Page 75: BIOMATERIAIS E A ENGENHARIA DE TECIDO Eliana Cristina da Silva Rigo 8/11/2006](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022033020/570638501a28abb8238f8203/html5/thumbnails/75.jpg)
Engenharia de tecidos - perspectivas
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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
![Page 77: BIOMATERIAIS E A ENGENHARIA DE TECIDO Eliana Cristina da Silva Rigo 8/11/2006](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022033020/570638501a28abb8238f8203/html5/thumbnails/77.jpg)
e com isso realizarmos um tratamento preventivo para mantermos a saúde dos
nossos tecidos com o envelhecimento
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... alguns anos atrás esse conceito não era imaginado
mas ...
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... precisamos nos lembrar que somente há 30 anos o conceito de um material que
não fosse rejeitado pelo organismo também não era imaginado.
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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
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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