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

QUANTO À ORIGEM ORIGEM BIOLÓGICA autógenos próprio paciente xenógenos alógenos homólogos doador xenógenos heterólogos animal VANTAGENS 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

QUANTO À ORIGEM ORIGEM SINTÉTICA cerâmicas polímeros compósitos metais

QUANTO À RESPOSTA DO ORGANISMO bioinertes/ biotoleráveis bioreabsorvíveis bioativos aço inoxidáveis Ti e suas ligas Al2O3, Zr2O, Si3N4 PEUAPM, PMMA β-fosfato tricálcico PLA, PLG, PLGA hidroxiapatita biovidro vitro-cerâmica

QUANTO AO TIPO DE APLICAÇÃO bioinertes/ biotoleráveis bioreabsorvíveis bioativos estrutural não-estrutural

QUANTO ÀS CARACTERÍSTICAS DOS MATERIAIS bioinertes/ biotoleráveis bioreabsorvíveis bioativos densa porosa

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”

HISTÓRICO 2ª Geração de Biomateriais – 1980 descoberta de materiais com respostas bioativas “osteocondução” desenvolvimento de materiais bioreabsorvíveis suturas, placas e parafusos

3ª Geração de Biomateriais – atualmente HISTÓRICO 3ª Geração de Biomateriais – atualmente 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 biocompatível biofuncional 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

Ortopedia próteses de quadril

Ganchos para Correção de escoliose

Cage Cervical

Prótese de disco - PEUAPM hidrogel PEUAPM

material para preenchimento xenógeno/heterólogo prótese de cotovelo total

Cardiovascular

Cardiovascular pericárdio bovino válvula confeccionada com pericárdio bovino pericárdio bovino Cardiovascular

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

Oftalmologia Gelatinosas de hidrogel polihidroxietilmetacrilato (poliHEMA) Gelatinosas elásticas silicone e flúor-polímeros, com superfície tratada Rígidas polimetilmetacrilato

Oftalmologia Membrana: PMMA ou silicones e hidrogéis implante de lente para correção de alta miopia e alta hipermetropia Membrana: PMMA ou silicones e hidrogéis Estabilidade: polipropileno

Encaixe entre implante e prótese: pinos de titânio Oftalmologia prótese ocular Vidro Hidroxiapatita Polietileno poroso Biocerâmicas Encaixe entre implante e prótese: pinos de titânio

Banda Gástrica Ajustável Gastroenterologia 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.

Reabilitação Bucomaxilofacial Cirurgia: Dr. Pedro Velasco Dias Prótese: Dra. Bernadete P. Pinho (BA)

Reabilitação Bucomaxilofacial Cirurgia: Dr. Pedro Velasco Dias Prótese: Dra. Bernadete P. Pinho (BA)

Cranioplastia

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

Cirurgia Plástica Problemas: Próteses com superfície lisa apresentam maior propensão para encapsulamento e retração. Contratura capsular Ruptura da Prótese

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

O que é engenharia de tecidos ou medicina regenerativa ? 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.

células apropriadas cultivadas e transplantadas no orgão doente “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.

Engenharia de Tecidos representa o “casamento” entre a biologia celular e a engenharia de materiais que visa manipular e reconstituir tecidos ou órgãos lesados

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

QUANTIDADE ÉTICA RELIGIÃO CÂNCER SCAFFOLD

QUANTIDADE ÉTICA CÂNCER SCAFFOLD

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 e TÉCNICAS SCAFFOLDS

Espumas Bioativas (Sepulveda, 2001) 3 cm

Espumas Bioativas estrutura macroporosa textura mesoporosa (Sepulveda, 2001) estrutura macroporosa textura mesoporosa 500 m 1 m

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

Prototipagem Rápida processo aditivo construtivo utilizado para obtenção de protótipos diretamente de um modelo tridimensional

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. 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. 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.

polímero biodegradável scaffold polímero biodegradável

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

Reconstrução Naso-orbitáriaParceria com Dr 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.

UNIVERSIDADE SÃO FRANCISCO GRUPO DE BIOMATERIAIS UNIVERSIDADE SÃO FRANCISCO 1 Programa de Pós Graduação Stricto Sensu em Engenharia e Ciência dos Materiais - Itatiba * Programa Jovem Pesquisador - FAPESP 2 Faculdade de Odontologia - Bragança Paulista 3 Instituto de Pesquisas Nucleares – IPEN – São Paulo 4 Bolsista da Fundação Alexander von Humboldt 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 Binotti2 Prof. MS Eduardo A. Mangini2 Prof. Dr. Marcelo Yoshimoto3 Prof. Dr. Sérgio A. Júnior4 Alex P. Lima1 Dimerson F. Ferreira2 João P. Murolo1 Jussara Nobile2 Rafaela R. Oliveira2 Tais H. C. Salles2

PESQUISAS Recobrimento de superfícies metálicas com material bioativo 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