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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. - PowerPoint PPT Presentation
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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
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• contaminações
QUANTO À ORIGEM
ORIGEM SINTÉTICA
cerâmicas
polímeros
compósitos
metais
QUANTO À ORIGEM
QUANTO À RESPOSTA DO ORGANISMO
RESPOSTA
bioinertes/biotoleráveis
bioreabsorvíveis
bioativos
aço inoxidáveis
Ti e suas ligas
Al2O3, Zr2O, Si3N4
PEUAPM, PMMAβ-fosfato tricálcico
PLA, PLG, PLGA
hidroxiapatita
biovidro
vitro-cerâmica
QUANTO AO TIPO DE APLICAÇÃO
APLICAÇÃO
bioinertes/biotoleráveis
bioreabsorvíveis
bioativos
estrutural
não-estrutural
QUANTO ÀS CARACTERÍSTICAS DOS MATERIAIS
CARACTERÍSTICA
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”
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)
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
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 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 Binotti2
Prof. MS Eduardo A. Mangini2
Prof. 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 - FAPESP
2 Faculdade de Odontologia - Bragança Paulista
3 Instituto de Pesquisas Nucleares – IPEN – São Paulo
4 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
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