Cecília Amélia de Carvalho Zavaglia

Apresentação em tema: "Cecília Amélia de Carvalho Zavaglia"— Transcrição da apresentação:

1 O uso de biomateriais cerâmicos e poliméricos em implantes com auxílio da prototipagem rápida
Cecília Amélia de Carvalho Zavaglia Departamento de Engenharia de Materiais FEM-UNICAMP LABIOMEC

2 Sumário da Apresentação
Labiomec Equipe Atividades principais dentro do INCT Prototipagem rápida auxiliando o preenchimento de defeitos crânio-faciais Futuro LABIOMEC

3 LABIOMEC Laboratório de Biomateriais e Biomecânica
da Faculdade de Engenharia Mecânica da UNICAMP Principais linhas de pesquisa: Biomateriais Biomecânica LABIOMEC

4 Biomateriais Desenvolvimento e caracterização de biomateriais
Biomateriais metálicos (ligas de titânio) ( parceria com CTA) Biomateriais cerâmicos (biocerâmicas): hidroxiapatita -TCP e cimentos de fosfato de cálcio ( parceria com UFRGS) Biomateriais poliméricos: hidrogéis (pHEMA e PVAl) e polímeros bioreabsorvíveis (PGA, PLLA, PLGA, PCL); blendas e compósitos ( parcerias com PUC SP, FCM e FEQ) LABIOMEC

5 Biomateriais Recobrimentos cerâmicos: carbono tipo diamante, dióxido de titânio e hidroxiapatita ( parceria com IFWG) Suportes porosos para engenharia de tecidos ( parceria com FCM, EESC-USP) Prototipagem rápida aplicada aos biomateriais ( parceria com CTI) Avaliação biológica in vitro e in vivo( parcerias com Sobrapar, FCM e UNIFESP) Avaliação de implantes ortopédicos (Participante da Rede Multicêntrica de Avaliação de Implantes Ortopédicos - REMATO) LABIOMEC

6 Biomecânica Sistemas de retenção para crianças em veículos
Ergonomia e segurança dos acentos infantis LABIOMEC

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10 Labiomec LABIOMEC

11 Equipe LABIOMEC

12 Equipe: professores da FEM
Nome Formação Área de atuação Cecília Zavaglia Eng. materiais Biocerâmicas Celso Arruda Eng. mecânico Cimentos de fosfato de cálcio Marcos d’Avila Polímeros ( processamento) LABIOMEC

13 Equipe: pos- doutorandos
Nome Formação Área de atuação Carmo R.P. Lima Eng. mecânico Ligas de titânio ( caracterização) Cristiane B. Ulbrich Eng. mecânica Prototipagem rápida Elisabete S. Sanchez Química Polímeros (processamento e caracterização ) LABIOMEC

14 Equipe: doutorandos Nome Formação Área de atuação
Christiane L. Salgado Dentista Polímeros bioreab. para engenharia de tecidos ósseos ( concluindo) Mariana Motisuke Eng. química Cimentos de fosfato de cálcio Cláudio C. Carvalho Médico e eng. Mec. Dispositivos para liberação de fat. de crescimento ósseo ( concluindo) Leonardo Rodrigues Tecnólogo mecânico Compósitos nanoestruturados cerâmica-cerâmica ( iniciando) LABIOMEC

15 Equipe: mestrandos em fase de conclusão
Nome Formação Área de atuação Carlos H. Villela Dentista Protocolo tridimen-sional para o diagnóstico de assimetria facial Gisela Martinez Scaffolds de compósitos HA-TiO2 Lonetá Lima Química Falhas em instrumentação cirúrgica LABIOMEC

16 Equipe: mestrandos iniciando
Nome Formação Área de atuação Hugo A. Cardoso Eng. Mec. Desenvolvimento e Caracterização de Cimento de Alfa-TCP com Reagentes Obtidos em Laboratório Kátia L. Silva Eng. Civil Compósitos nano-estruturados ( Al2O3-ZrO2) Danielle F. Feliciano Bióloga Scaffolds caprolactona ( SLS) LABIOMEC

17 Equipe: mestrandos iniciando
Nome Formação Área de atuação Fernanda H. Santos Dentista Scaffolds hidrogéis ( fab&home) Guinéa Cardoso Scaffolds de Policaprolactona Reforçados com Fibras e Whiskers de Hidroxiapatita Zenaide Solomão Química Membranas densas e prorosas de Poli caprolactona- β-TCP LABIOMEC

18 Equipe :Alunos de graduação fazendo estágio no exterior, que irão entrar no mestrado
Formação ( concluindo) Área de atuação Sérgio Ramos Eng. de Materiais Produção de scaffolds cerâmicos e poliméricos por electrospinning Priscilla Brandão Silva Eng. mecânica Compósitos Poli caprolactona- β-TCP LABIOMEC

19 Equipe: colaboradores de outras instituições
Nome Formação Área de atuação Vinicius A.R. Henriques Eng.(CTA) Desenv. ligas de titânio por metalurgia do pó Carlos de Moura Neto Eng. Aeronáutico (CTA) Ligas de titânio Ana Beatriz A. Almeida Bióloga (Sobrapar) Ensaios in vivo, eng. de tecidos Samuel H. Barbanti Eng. Químico e Médico Pol. bioreb. e eng. de tecidos LABIOMEC

20 Biomateriais Implantes Biomateriais Biológicos Sintéticos
Biotoleráveis Metais Autógenos (enxerto ósseo) Bioinertes Cerâmicas Homógenos (transplantes) Bioativos Polímeros Heterógenos (pericárdio bovino) Bioreabsorvíveis Compósitos LABIOMEC

21 Exemplos de Implantes Sintéticos articulação para maxilar lentes
marcapasso de cotovelo pinos de material polimérico de quadril articulação de joelho parafusos para fixação de fraturas lentes intra-oculares implantes dentários coração temporário válvulas cardíacas tubo para diálise pênis e testículos ligamentos de joelho articulação e dedos dispositivo intra-uterino mamas LABIOMEC

22 Atividades do Labiomec dentro do INCT Biofabris

23 Atividades Desenvolvimento e caracterização de biomateriais para preenchimento de defeitos ósseos ( pelo método indireto) – próteses maciças Desenvolvimento e caracterização de biomateriais bioreabsorvíveis para a confecção de próteses porosas para engenharia de tecidos LABIOMEC

24 Atividades ( continuação)
3. Utilizar os biomateriais aqui desenvolvidos diretamente nos equipamentos de prototipagem rápida 4. Fazer scaffolds diretamente nos equipamentos de prototipagem rápida, com os biomateriais desenvolvidos LABIOMEC

25 Objetivos dentro do INCT Biofabris
Desenvolvimento e caracterização de biomateriais para ortopedia e odontologia ( tecidos ósseos)) Materiais cerâmicos Polímeros e compósitos Liga de titânio biomédica LABIOMEC

26 Materiais cerâmicos Materiais para preenchimento de defeitos ósseos:
hidroxiapatita,  TCP, cimentos de fosfato de cálcio compósitos cerâmica-cerâmica, como por exemplo: HA+ZrO2, HA+ TiO2,HA+Al2O3, ZrO2+Al2O3 Revestimentos cerâmicos sobre metais: hidroxiapatita e TiO2 sobre ligas de titânio por aspersão térmica a plasma e Carbono DLC sobre ligas de titânio por imersão a plasma. LABIOMEC

27 Novos Materiais Metálicos
Ligas de titânio biomédicas ( com elementos de liga mais inertes que a liga aeronáutica) Exemplos: Ti-13Nb-13Zr , fornecida por Vinicius Henriques do CTA- por metalurgia do pó LABIOMEC

28 Biomateriais Poliméricos
Polímeros : Poli( - Hidróxi ácidos) Poli ( L- ácido láctico) (PLLA) Poli ( ácido glicólico) (PGA) Poli ( caprolactona) (PCL) Poli ( para-dioxanona) ( PPD) Blendas ( poli- caprolactona com poli (ácido sebácico) Hidrogéis ( para substituir cartilagem) Poli ( HEMA) (PVAI) e blendas LABIOMEC

29 Novos Biomateriais Não Metálicos
Biocerâmicas: Cimentos de Fosfato de Cálcio Compósitos Cerâmica-Cerâmica Exemplos : alumina-zircônia hidroxiapatita-zircônia hidroxiapatita-titânia hidroxiapatita-alumina LABIOMEC

30 Cimento de Fosfato de Cálcio (CFC)
Um cimento CFC pode ser preparado misturando-se um sal de fosfato de cálcio com água ou com uma solução aquosa para que se forme uma pasta que possa reagir à temperatura ambiente ou corporal a fim de dar lugar a um precipitado que contenha um ou mais fosfato de cálcio e dê pega por meio do intercruzamento dos cristais deste precipitado. LABIOMEC

31 Cimento de Fosfato de Cálcio (CFC)
Os cimentos de fosfato de cálcio são constituídos por um componente ácido e outro básico, os quais, quando se misturam com água, reagem para formar um ou vários produtos com uma acidez intermediária à dos produtos de partida. LABIOMEC

32 Vantagens do Cimento de Fosfato de Cálcio
não é necessário de dar forma à cavidade; mínima cavidade; o fato de sua preparação ser realizada durante o ato cirúrgico;  um ótimo contato entre osso e implante; biocompatibilidade e bioatividade. LABIOMEC

33 Requisitos ideais de um CFC para reparações ósseas :
O tempo requerido para a mistura deve ser curto: 1 min ou menos O tempo de pega deve ser tal que permita a manipulação apropriada do material sem ser demasiadamente longo: a pega deve iniciar-se por volta de 5 min e finalizar-se entre 15 ou 20 min; O tempo de preparo da massa (tempo durante o qual se pode moldar o material sem afetar sua resistência final) deve ser próximo ao tempo de pega inicial: por volta de 5 min;  LABIOMEC

34 Requisitos ideais de um CFC para reparações ósseas ( cont.):
O tempo de coesão (o momento a partir do qual o cimento não se incha nem se desintegra em contato com os fluidos corporais) deve ser mais curto que o tempo de preparo e de pega inicial.   A resistência à compressão final deve ser pelo menos similar à do tecido reparado; Não deve produzir calor durante a pega; O pH deve ser neutro (6,5 - 8,5) durante e depois da pega para evitar efeitos citotóxicos. LABIOMEC

35 Compósitos cerâmica- cerâmica desenvolvidos
hidroxiapatita-zircônia ( 50%-50%) hidroxiapatita-titânia (50%-50%) hidroxiapatita-alumina( 40%-50%) Alumina –zircônia ( diversas composições) Possibilidades de aplicações : cabeças de fêmur e acetábulo, pilar cerâmico ( em implantes) LABIOMEC

36 Engenharia de tecidos A engenharia de tecidos é um novo ramo da ciência voltada para a pesquisa e desenvolvimento(P&D) de substitutos biológicos de reparação, reconstrução e regeneração de tecidos É uma área de pesquisas multidisciplinar, que envolve a medicina, a biologia e a engenharia LABIOMEC

37 Engenharia de tecidos LABIOMEC

38 O princípio metodológico mais utilizado, para se fazer engenharia de tecidos, envolve as seguintes etapas: 1ª Etapa) Construção de arcabouços tridimensionais, biocompatíveis, porosos e biodegradáveis, chamados também de “Scaffolds”. Entre os arcabouços(ou scaffolds) mais usados, tem - se: os polímeros sintéticos bioreabsorvíveis (PLLA, PGA e PLGA) os polímeros naturais (colágeno e derivados do ácido hialurônico) os cerâmicos (hidroxiapatita, beta fosfato tricálcico, biovidros. LABIOMEC

39 Continuação: 2ª)Etapa:
O cultivo de células em ambiente laboratorial próprio. Há dois tipos de células cultivadas: as células maduras e diferenciadas (condrócitos ou osteócitos isolados de uma área doadora, exemplo: condilo femural; e as células tronco mesenquimais indiferenciadas adultas (origem:medula óssea , tecido gorduroso e sangue). LABIOMEC

40 Continuação: 3ª) Etapa: Adição de fatores de crescimento à matriz. Os fatores mais usados são as BMPS ( proteínas morfo-genéticas) que podem ser de origem animal, como as BMPs bovinas, ou de origem recombinada (tecnologia do DNA recombinante). LABIOMEC

41 Continuação: 4ª) Etapa:
Implantação do arcabouço no local da lesão. Este arcabouço pode ser implantado de várias formas a saber : Implantado sozinho Implantado juntamente com as células cultivadas fora do paciente (semeadas sobre o arcabouço). Implantado associado com fatores de crescimento (proteína morfogenética do osso(BMP), fator de crescimento derivado de plaquetas (PDGF) e outros LABIOMEC

42 Desenvolvimentos realizados sobre scaffolds
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43 MEVs de Scaffolds de PLGA, respectivamente com 8, 20, 32, 52 semanas
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44 MEVs de Scaffolds de PCL, respectivamente com 8, 20, 32, 52 semanas
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45 Exemplos de Scaffols cerâmicos ( HA-TiO2)
LABIOMEC

46 Membranas porosas de compósito poli(-caprolactona) e -fosfato tricálcico produzidas pela dissolução em clorofórmio LABIOMEC

47 Corpos de prova 50%HA-50%TiO2

48 Exemplo de scaffold metálico : espuma de titânio expandida a vácuo

49 Prototipagem rápida auxiliando o preenchimento de defeitos crânio-faciais
LABIOMEC

50 Reconstrução Craniofacial
Definição do Problema Reconstrução Craniofacial FEM LABIOMEC

51 Futuro LABIOMEC

52 Futuro do nosso trabalho
Continuar os estudos in vitro e in vivo dos biomateriais em desenvolvimento : a)biocerâmicas ( cimentos de fosfatos de cálcio, compósitos HA-ZrO2, Al2O3- ZrO2) b) polímeros e compósitos c)ligas de titânio biomédicas para futuramente serem utilizadas pelos cirurgiões que participam deste projeto. Continuar o desenvolvimento da engenharia de tecidos para aplicações em preenchimento de defeitos ósseos. Junto com equipe do CTI e EESC-USP, fazer protótipos diretamente com ) materiais biocompatíveis LABIOMEC

53 Envisiontec - Bioplotter
Obtenção de Próteses Personalizadas FEM Envisiontec - Bioplotter LABIOMEC