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Jorge Vicente Lopes da Silva – CTI/MCT I Workshop INCT Biofabricação Campinas 24 de abril de 2009 Demandas e habilitadores da biofabricação de tecidos.

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1 Jorge Vicente Lopes da Silva – CTI/MCT I Workshop INCT Biofabricação Campinas 24 de abril de 2009 Demandas e habilitadores da biofabricação de tecidos para cirurgias reconstrutivas

2 Missão Pesquisar, desenvolver, utilizar e difundir tecnologias tridimensionais, física e virtual, com foco na inovação e aplicações multidisciplinares, sempre com o viés das demandas da sociedade Parcerias Empresas (ProIND) Hospitais (ProMED) Universidades (ProEXP) Divisão de Tecnologias Tridimensionais DT3D/CTI

3 Linhas de P&D PR/PM - Prototipagem e manufatura rápida (MR) para indústria e saúde; – Pesquisa e aplicações multidisciplinares da PR e MR; PIM - Processamento de imagens médicas; Mod/BioCAD - Modelagem CAD e BioCAD (protocolos); – Engenharia reversa de estruturas anatômicas; – Análise de Bioengenharia (FEM); ET/Biofab - Engenharia Tecidual e Biofabricação; – Pesquisa de biomateriais para PR; – Plataformas experimentais para pesquisa em PR RDP - Desenvolvimento de produtos

4 Realidade Brasileira Grande extensão territorial e um SUS gigantesco A idade média da população continua a aumentar; No Brasil a expectativa de vida aumentou, entre 1980 e 2003, em 8,8% (IBGE). Em 2006 era de 72,3 anos; Entre a expectativa de vida no País aumentou 5 meses (IBGE) Em 2004, os gastos do SUS com ortopedia totalizaram cerca de R$ 60 milhões (CGEE/MCT) Traumas de várias origens; Anomalias congênitas; Doenças de todos os tipos; Falha de órgãos é uma realidade; Doação de órgãos é insuficiente (além das questões éticas) no mundo; Possibilidade de se criar substitutos biológicos (órgão/tecidos) é uma questão estratégica.

5 Realidade Propriedades dos biomateriais ainda estão aquém de materiais biológicos; Em 2006, nos EUA, pacientes foram transplantados e continuavam na lista de espera; Metade dos gastos médicos nos EUA são atribuídos à perda de tecidos ou falha de órgãos; próteses totais de quadril nos EUA normalmente sofrem manutenção (média de 15 anos); Utilização de combinações de células-tronco, biomateriais, fatores de crescimento e terapia genética para a geração de tecidos ou terapias (ações em andamento na ET). Karp e Langer. Development and therapeutic applications of advanced biomaterials. Current Opinion in Biotechnology 2007, 18:454–459

6 Engenharia Tecidual - Retrospectiva Observações que inquietaram pesquisadores: Regeneração completa de alguns membros em seres vivos (lagartixa, estrela do mar etc.); Capacidade de órgãos humanos de regenerarem parcialmente (fígado); A diferenciação celular da fecundação ao nascimento; Engenharia Tecidual como a convergência de diversas áreas do conhecimento humano focada na aplicação clínica; Imprescindível a união da biologia, engenharias, ciências dos materiais e várias especialidades biológicas, médicas ou não, para dar respostas que só serão satisfatórias a longo prazo; Um caminho para, entender, mimetizar e aumentar a capacidade regenerativa dos tecidos e órgãos humanos, promovendo a cura de tecidos ou a substituição de órgãos; Enorme evolução das engenharias como suporte em inúmeras aplicações relacionadas com a ciência da vida.

7 Engenharia Tecidual - Timeline Publicado por Alexis Carrel (médico) e Lindbergh (aviador) o The Culture of Organs Estudos com células tronco. Transplantes de medula em cães expostos a altas doses de radiação (forma de medicina regenerativa) Dr. Christiaan Barnard realiza o primeiro transplante de coração 1967 Contribuições determinantes dos quatro irmãos Vacanti. Irmãos Vacanti publicam na Plastic and Reconstructive Surgery 1997 polímeros biodegradáveis sintéticos, semeada com células cartilaginosas de bovinos Dr. Skalak define Engenharia Tecidual posteriormente aceito por relatório do ITRI e NSF Definição de Engenharia Tecidual (NSF) A aplicação dos princípios e métodos de engenharia e ciências da vida na direção do entendimento fundamental das relações estrutura-função em tecidos normais e patológicos de mamíferos e o desenvolvimento de substitutos biológicos para restaurar, manter ou incrementar a função do tecido. Relatório sobre Engenharia Tecidual dp International Technology Research Institute – ITRI - Workshop National Science Foundation - NSF

8 Habilitadores da Engenharia Tecidual Adaptado de Khang et al A manual for biomaterials/scaffold fabrication Technology Células (osteoblastos, células tronco, condroblastos etc.) Scaffolds (biomateriais estruturados) (HPA,PGA, PLGA, PCL, PHB, etc.) Sinalizadores moleculares (controlar adesão, proliferação, migração, diferenciação) (fatores de crescimento, proteínas morfogenética – ex. BMP, etc.) Engenharia Tecidual (Tempo + Ambiente apropriado – reator) Regeneração tecido/órgão Tridimensionalização por meio de processos aditivos

9 Realidade Brasileira Cirurgias reconstrutivas

10 Cirurgias reconstrutivas avançadas Esperado: Maior previsibilidade e estabilidade de resultados Baseadas em: Técnicas de obtenção e tratamento de imagens médicas 3D; Modelagem 3D física (PR, se necessário); Projeto e análise da estrutura anatômica (BioCAD); Escolha adequada do biomaterial; Moldagem 3D do biomaterial (MR); Tratamento superficial; Técnica cirúrgica.

11 Plataformas para estruturação 3D de biomateriais Colonização por células Plataforma Experimental para deposição de biomateriais PHB

12 Infra-estrutura

13 Implantes, Scaffolds e Engenharia Tecidual The Production of tailored Implant and Scaffold via RP Processes Adapted from Silva 2005 (SBPMAT)

14 Implantes, Scaffolds e Engenharia Tecidual

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21 Intersecção CTI / INCT Biofabriocação The Production of tailored Implant and Scaffold via RP Processes Adapted from Silva 2005 (SBPMAT) CTI INCT Biofabricação

22 Primeira ação estratégica em rede no país com tais objetivos; A pesquisa em Engenharia Tecidual necessita de ações menos segmentada por grupo ou área de pesquisa e mais multidisciplinares; Apesar da evolução fantástica da ciência, os biomateriais ainda estão aquém, se comparados com o organismos e não raramente falham; A engenharia tecidual pode ser um passo para essa evolução; Porém, a Engenharia Tecidual é apenas um campo promissor, mesmo após quase 3 décadas; A fabricação aditiva pode ser uma resposta elegante na integração e solução para a Engenharia Tecidual; Seria oportuno o incentivo à participação de outros pesquisadores.

23 Obrigado pela Atenção!


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