Biomateriais
Cerâmicos O termo "cerâmica" vem da palavra grega keramikos que significa matéria-prima queimada, indicando que as propriedades desses materiais são atingidas por meio de um tratamento térmico em alta temperatura. As cerâmicas são compostas de material inorgânico com propriedades tipicamente não-metálicas composta por elementos metálicos e não-metálicos. Apresentam-se tipicamente duras, com baixa condutividade térmica, elétrica e boa estabilidade química, sendo suscetíveis às fraturas quando expostas às tensões de tração ou flexão. 1.Alumina A alumina natural (Al 2O3) é conhecida como safira ou rubi, dependendo do tipo de impureza presente, a qual determina sua cor. Tem sido utilizada com sucesso para a produção de implantes. Apresenta elevada dureza associada a baixa fricção e degradação, o que a torna adequada para produção de implantes para reposição de articulações.
2.Óxidos de Zircônia Óxidos de zircônia ou zircônia (ZrO 2) são utilizados na produção de implantes como cabeça femoral e copo acetabular devido à sua elevada biocompatibilidade. A zircônia estabilizada com o elemento Ítrio apresenta duas vantagens sobre a alumina na produção de grandes próteses: porosidade residual muito baixa e maior resistência à fratura, resultando em menor produção de detritos, os quais favorecem o desenvolvimento de inflamação na área do implante. Atualmente tem sido avaliado seu uso como implante dentário.
3.Fosfatos de Cálcio Cerâmicas de fosfato de cálcio tem sido usadas há décadas para produzir osso artificial. São produzidas em diferentes formas e, mais recentemente para recobrimento de outros implantes implantes (Figura 2e,f). Existem os mono-, di-, tri- e tetra-fosfato de cálcio, além da hidroxiapatita hidroxiapatita (HA) [Ca10(PO4)6(OH)2], há a β-whitlockite. A estabilidade destas cerâmicas aumenta com o aumento da relação Ca/P. A HA é a mais importante dentre of fosfatos de cálcio, pois é encontrada na fase mineral dos tecidos duros naturais (osso, dente e esmalte) .(Figura 2a).Os grupamentos grupamentos (PO 4) e (OH)2 podem ser substituídos produzindo outras apatitas, como flúor apatita, magnésio apatita, carbonato apatita, entre outras. O cálcio pode também ser substituído por outros elementos como zinco, cobre, estrôncio, etc. Sua síntese é bem conhecida e o processo pode resultar em HA com variadas propriedades físicoquímica físicoquímicass e formas (Figura 5). A HA é bioativa (há deposição de osso diretamente sobre sua superfície) e pode ou não ser absorvível dependendo de seu processo de produção e da relação Ca/P.
4.Biovidros ou vidros bioativos
Foram desenvolvidos no início dos anos 1960 por S. D. Stookey da empresa Cornig Glass Works. São utilizados como materiais de implante são materiais projetados para provocar uma resposta biológica específica através de reações controladas de superfície. Formados por SiO 2, Na2O, CaO e P2O5, os biovidros produzem uma superfície que propicia uma ligação mais efetiva tecido-material, tornando-os um dos materiais bioativos mais eficientes. Uma desvantagem é o fato de ser friável .(Figura 6) (Link Biomateriais fundamentos e aplicações).
Classificação dos Biomateriais Saiba Mais Aplicações Clínicas ---------------------------------------------------------- Definição. O que é biomaterial? ---------------------------------------------------------- Classificação dos Biomateriais ---------------------------------------------------------Matérias Relacionadas Mais Lidas Classificação dos Biomateriais ---------------------------------------------------------- Reparo Tecidual ---------------------------------------------------------- Poliméricos ---------------------------------------------------------- Fraturas ósseas ---------------------------------------------------------- Cerâmicos Colunistas •
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20/05/2009 - Papel dos Biomateriais e da Bioengenharia na Medicina Regenerativa José Mauro Granjeiro ---------------------------------------------------------13/05/2009 - Nascimento de um Centro de Pesquisa Translacional na USP - o NUCEL Mari Cleide Sogayar ---------------------------------------------------------05/05/2009 - A importância da tecnologia para Biomateriais Marcelo Melo Soares ----------------------------------------------------------
http://www.biomateriais.com.br/beta3/telas/artigos/artigos.asp? id_artigo=61&id_assunto=2 Os bioamteriais podem ser classificados segundo sua resposta biológica e quanto a sua composição química. Levando-se em consideração a resposta biológica causada pelo biomaterial no tecido hospedeiro, podemos classificá-los em: Bioinertes - não provocam reação de corpo estranho no organismo e estão em contato direto com o tecido receptor. Exemplos: titânio, zircônia e alumina. Biotolerados - moderadamente aceitos pelo tecido receptor e são geralmente envolvidos por tecido fibroso. Exemplos: aço inoxidável, ligas Cr-Co e polimetilmetacrilato (PMMA). +2 Bioativos - há ligação direta aos tecidos vivos devido aos íons, por exemplo, o Ca e/ou -2 PO4 presentes nos substitutos ósseos, que favorecem uma ligação química com o tecido ósseo. Exemplos: hidroxiapatita (HAp) e biovidros.
- lentamente degradáveis e gradualmente substituídos pelos tecidos. Exemplos: fosfato tricálcio (TCP) e biovidros. Quanto a composição química, podem ser classificados em metálicos, cerâmicos, poliméricos, compósitos e naturais. A observação da história dos materiais permite identificar três gerações de Biomateriais. A primeira mostra-se empírica, onde o acaso, e não o design , era responsável pela eficiência do biomaterial. Foi a era de ouro, aço, marfim, madeira, vidro, silicone, acrílico, polimetilmetacrilato, entre outros, utilizados para preencher, recobrir e conectar. O foco estava voltado para os biomateriais bioinertes. A segunda geração empregou materiais comuns, mas com maior grau de engenharia, aplicando experiências da primeira geração e conectando conhecimentos de medicina, engenharia e ciência dos materiais. Nessa fase desenvolveram-se as ligas de titânio para implantes ortopédicos e dentais, os implantes ortopédicos de cobalto-cromomolibdênio, os polietilenos de peso molecular muito alto (PMMA) para a reposição de articulação, as válvulas cardíacas e os marcapassos. Reabsorviveis
Figura 1. Esquema de implante dentário intra-ósseo (a); roscas de implante dental (b); implante ortopédico (c).
(a) Rodrigo Botinhão, SIN - Sistema de Implante Nacional - com permissão; (c) http://www.totaljoints.info/ (acessado em 21/06/2008). A utilização de materiais e implantes bioengenherados constitui a terceira geração de biomateriais. Nesse campo, poucos são os exemplos no mercado, pois muitos estão em desenvolvimento. Exemplificam essa etapa os implantes teciduais engenherados para regenerar o tecido e não simplesmente substituí-lo, como a pele artificial ( Integra® Life Science ), cartilagem para regeneração de articulações ( Carticel® , Genzyme Co.), cimentos ósseos reabsorvíeis, componentes biológicos geneticamente engenheirados (como células ou proteínas morfogenéticas ósseas - BMP 2) associadas com cerâmicas de fosfato de cálcio, colágeno ou hidrogéis, superfícies de titânio com revestimentos
nanométricos de cerâmicas de fosfato de cálcio, estruturas tridimensionais de cerâmicas de fosfato de cálcio associadas às células.
Figura 2. Apatita natural (a) e sintética (c) e titânio com recobrimento nanométrico de hydroxiapatita (e) utilizadas como substrato para cultivo de osteoblastos (b) e células tronco da medula óssea (d, f) .
(a, b) Granjeiro, JM - com permissão; (c, d) Rossi, AM - com permissão; (e, f) Mello, A4 - com permissão.
Metálicos Na área de Saúde, metais como titânio, nióbio, tântalo, alumínio e vanádio são os mais utilizados para reconstrução de tecidos danificados ou perdidos, particularmente o osso. O metal é um elemento ou liga cuja estrutura atômica cede elétrons para formar íons positivamente carregados. Uma liga é definida como uma substância cristalina com propriedades metálicas composta de dois ou mais elementos químicos, dos quais pelo menos um é metal. Os metais, em especial as ligas dentais, possuem alta condutividade térmica e elétrica, além de alta tenacidade, dureza, resistência, elasticidade, ductilidade, resistência à tração, à abrasão, à fratura e à fadiga. Implantes de Ti e suas ligas
Compósitos Compósitos são materiais sólidos que possuem dois ou mais componentes separados por uma interface os quais diferem em estrutura e composição. A fim de obter uma melhor combinação, os compósitos devem exibir uma proporção significativa das propriedades de ambas as fases dos materiais que os constituem. Como exemplos podemos citar: os arcabouços porosos (osso bovino inorgânico granulado aglutinado com colágeno hidrolizado e PLGA) e implantes dentais de titânio com revestimento de hidroxiapatita.
Naturais Considerando a origem, os enxertos de origem natural podem ser classificados como enxerto autógeno, alógeno e xenógeno. Os dois últimos frequentemente passam por um processamento a fim de torná-los mais adequados ao uso clínico. Autógeno - material retirado do próprio paciente em um outro sítio cirúrgico (ex. calota craniana, região mentoniana, retromandibular, crista ilíaca ou tuberosidade da maxila). Em regiões intra-orais, se pode utilizar um raspador ósseo para simplificar a coleta do osso, reduzindo o tempo de trabalho e o desconforto ao paciente no pós-operatório. O enxerto autógeno pode necessitar de fixação com auxílio de parafusos de titânio ou polímero absorvível. Esse tipo de enxerto evita a infecção cruzada.
Alógeno - o material tem origem em um outro indivíduo da mesma espécie (ex. banco de ossos). Xenoenxerto - o material tem origem em um outro indivíduo de espécie diferente do receptor (ex. osso bovino).
Aplicações em Ortopedia Doenças degenerativas e inflamatórias de ossos e articulações afetam milhões de pessoas no mundo inteiro. Na verdade, eles constituem metade de todas as doenças crônicas em pessoas com mais de 50 anos de idade nos países desenvolvidos. Além disso, esta previsto que a percentagem de pessoas com mais de 50 anos de idade afetadas por doenças ósseas irá dobrar até o ano de 2020 (Bone and Joint Decade's Musculoskeletal Portal 2007,http://www.boneandjointdecade.org ). Essas doenças freqüentemente exigem procedimentos cirúrgicos, incluindo substituição total da articulação nos casos de deterioração da articulação original. Muitas fraturas ósseas, dores lombares, osteoporoses, escolioses e outros problemas musculoesqueléticos precisam ser resolvidos através da utilização de dispositivos permanentes ou temporários (biodegradáveis). Os biomateriais ortopédicos destinam-se à implantação no corpo humano como constituintes de dispositivos que são designados a realizar certas funções biológicas através da substituição ou reparação de diferentes tecidos como o osso, cartilagem ou ligamentos e tendões, ou mesmo guiando o reparo ósseo quando necessário. Durante a maior parte do século vinte, a disponibilidade de materiais para a confecção de implantes era a mesma para outra aplicações na indústria. De fato, cirurgiões pioneiros desenhavam seus implantes utilizando materiais disponíveis e de sucesso na industria química, energética, mecânica e aeroespacial. Um grande desafio é o fato do corpo humano consistir de um ambiente altamente corrosivo, impondo aos materiais importantes características para suportar suas condições. Atualmente centenas de materiais e dispositivos são utilizados na ortopedia com o objetivo de auxiliar o reparo ósseo ou a reabilitação do tecido ou membro perdido. Materiais capazes de conduzir ou estimular a produção de novo osso são frequentemente utilizados para o tratamento de fraturas, para as artrodeses de coluna, para o tratamento de articulações perdidas como fêmur e acetábulo, joelho e tornozelos.
Aplicações Clínicas A grande diversidade de biomateriais resulta em uma ampla gama de aplicações clínicas. Paralelamente à vantagem de ter diversas alternativas terapêuticas ocorre também um desafio: indicar o material mais adequado ao problema em questão. Esta necessidade remete a importante decisão a ser tomada pelo profissional em avaliar as características do material frente as necessidades do paciente. Tabela 1. Aplicações, vantagens e desvantagens das principais classes de biomateriais.
Fonte: Kawachi et al (2008) Química Nova, 23 (4) 2000, pag. 518
Definição. O que é biomaterial? Segundo Willians (1987) biomaterial é definido como qualquer substância ou combinação de substâncias, exceto fármacos, de origem natural ou sintética, que podem ser usadas durante qualquer período de tempo, como parte ou como sistemas que tratam, aumentam ou substituam quaisquer tecidos, órgãos ou funções do corpo. Os biomateriais podem ser classificados de acordo com o comportamento biológico (bioinerte, biotolerados, bioativos e reabsorvíveis) e composição química (metálicos, poliméricos, compósitos e naturais). Como característica imprescindível, estes materiais devem ser biocompatíveis, ou seja, não deve ser tóxico, carcinogênico, antigênico nem mutagênico, não deve interferir com a cicatrização dos tecidos lesados durante o ato cirúrgico e os tecidos do hospedeiro devem tolerar bem as propriedades biomecânicas dos materiais. Além disso, deve ser fabricável, esterilizável e estável durante a implantação e quando necessário, para aplicação. Não deve ser corrosível, degradável. Mais recentemente, com o advento dos materiais de segunda e terceira geração, o conceito de biofuncionalidade passou a ser incluído nas discussões sobre o desenvolvimento e análise de novos biomateriais. Isto porque a biofuncionalidade se refere às propriedades físicas e mecânicas que permitem que um biomaterial desempenhe a função planejada. Não basta ser biocompatível. Precisa também ser biofuncional. Há uma grande diversidade de biomateriais, os quais se diferenciam em função de aspectos como a forma de aplicação do produto, a forma de contato e tempo de permanência no organismo e o material utilizado para fabricação, os quais, por sua vez, determinam a complexidade de desenvolvimento de um novo produto.
Mercado. As oportunidades na área da tecnologia médica As novas tecnologias na área da saúde estão proporcionando uma verdadeira revolução no tratamento de doenças e mostram um potencial cada vez maior de inovação. O desenvolvimento da engenharia de tecidos, e, num senso maior, medicina regenerativa, mudará profundamente a prática médica, oferecendo melhores custos no tratamento efetivo e melhoria da qualidade de vida dos pacientes. A fusão da biotecnologia com a ciência dos materiais terá um escopo de aplicações e impactos sem paralelos em um enorme mercado, estimado em US$ 1 Trilhão. Apenas na medicina, os biomateriais variam de implantes vasculares de US$ 200 ao Left Ventricle Assit Device (dispositivo auxiliar do ventrículo esquerdo) de US$ 50.000.
Também as aplicações de biomateriais no campo da ortopedia e odontologia apresentam constante evolução frente às indicações e características de cada procedimento clínico, complicações pós-operatórias e ao avanço da indústria de materiais ligados á área de implantes. Em 2000, o mercado mundial de biomateriais foi estimado em 23 bilhões de dólares, com taxa de crescimento de 12% ao ano o que significaria ter, já em 2005, ultrapassado os US$ 40 bilhões (Fonte: http://www.sric-bi.com/Explorer/BM.html, acesso em 14/04/2006.) A busca de novos produtos está impulsionando megafusões realizadas entre as empresas do setor. Além dos fatores de mercado, a própria natureza da biociência determina que sua evolução continue em uma estrutura de rede, devido a sua multidisciplinaridade e multiinstitucionalidade, pois depende de órgãos governamentais para pesquisa básica, de hospitais escolas para testes clínicos e do capital de risco pra financiamento. Dentro do aspecto da relação das empresas junto ao mercado, a biotecnologia atingiu um ponto de inflexão que, embora progressivamente mais rentável e produtiva, maior é sua vulnerabilidade às forças negativas que vão desde preços e acesso a preocupações do público sobre privacidade. O aumento do consumerismo, marcado pelo advento da internet , a tecnologia pós-genômica e a tendência do autogerenciamento da saúde, estão conduzindo as disfunções do relacionamento entre pacientes, médicos, pagadores e fabricantes e exercendo influência para todos os envolvidos na área da saúde. As empresas estão repensando seu relacionamento com pacientes, médicos e pagadores e expandindo seu conceito de fornecedores de produto, mas como parceiros do cuidado com a saúde. Surge nesse contexto oportunidades de um novo cenário de negócios a ser explorado pelas empresas que atuam neste mercado, altamente competitivo. Panorama do mercado brasileiro
No que diz respeito à atividade econômica do Brasil e a importância do segmento, têm-se como exemplos as exportações e importações dos quatro principais grupos de biomateriais (cimentos para uso dentário ou ósseo, juntas artificiais, dentes artificiais e órgãos artificiais), situadas em torno de US$ 4,5 bilhões com taxa de crescimento anual superior a 10%, entre 1999-2003, indicando a existência de um mercado em forte expansão (Fonte: Brasil Trade Net). Os biomateriais para odontologia também é uma área importante ainda não coberta pelo SUS (Sistema Único de Saúde). Este mercado é marcado pela forte presença de produtos importados e a participação da indústria está restrita a um pequeno número de fabricantes. Todavia, no Brasil o interesse do Poder Público no desenvolvimento do setor é identificado em ações consolidadas pelo Governo Federal com vistas à capacitação e alcance da autonomia tecnológica e desenvolvimento industrial do país. Exemplo deste cenário é a Lei de Inovação (Lei no. 10.973, de 2 de dezembro de 2004) que dispõe sobre incentivos à inovação e à pesquisa científica e tecnológica no ambiente produtivo. Ações de cooperação técnica do Ministério da Saúde com o Ministério da Ciência e Tecnologia, por meio do CNPq, da Finep e das FAP's
Estaduais têm contribuído para o aumento do fomento à pesquisa e desenvolvimento científico e tecnológico. Segundo informações divulgadas pelo Fórum de Competitividade de Biotecnologia (2006), a indústria nacional conta hoje com suporte técnicocientífico oferecido pelas diversas instituições de ensino superior, instituições estatais e institutos de pesquisa, atuantes na geração de tecnologias, bens e serviços biotecnológicos, com aplicações, notadamente nas áreas de saúde, agropecuária e meio ambiente. Investimentos intensivos e consistentes de recursos públicos foram realizados para a formação de uma sólida base de recursos humanos no país, estimando-se ha existência de mais de 1.700 grupos de pesquisa que desenvolvendo alguma atividade com interação ou potencial para interagir com empresas. Doravante as várias iniciativas e grupos de pesquisa atuantes no Brasil, o estágio atual das pesquisas indica que a competitividade poderá ser mantida, se houver investimentos suficientes e incentivo à inovação e à transferência tecnológica. Os desafios são grandes e as perspectivas promissoras para todos os interessados: indústrias, sistema público de saúde, pesquisadores e principalmente para milhões de pessoas em todo mundo que dependem da tecnologia médica como instrumento para melhoria da qualidade de vida.
História dos Biomateriais A utilização de biomateriais com a finalidade terapêutica, se iniciou há milhares de anos. Relatos históricos da utilização de suturas, por exemplo, fazem referência há mais de 32 mil anos. No Período Helênico, os assistentes de padres realizavam tratamentos médicos. Um dos filhos desses assistentes é gerado no ano 460 aC. - nasce Hipócrates, que teve uma visão mais prática da Medicina. Quanto aos materiais médicos usados pelo menos há 2000 anos, os romanos, chineses e astecas usavam ouro em Odontologia; olhos de vidro e dentes de madeira eram materiais de uso comum; e ungüentos eram utilizados para "colar" a pele, como bandagens. O período medieval, no século XVI, mostrava ainda grande associação entre Medicina e Religião. No ano de 1163, uma regulamentação Papal condicionava que cirurgias com derramamentos de sangue eram incompatíveis com a Igreja. No século XVII aC., segundo o Papiro de "Edwin Smith", as fraturas eram tratadas com bandagens, mel e clara de ovos, e as feridas com carne fresca. Nos séculos XVII e XVIII, intervenções faciais eram feitas com imobilizações oclusais e bandagens mento-parietais e frontooccipitais. Através da Revolução Industrial, os séculos XVIII e XIX trouxeram maior conhecimento em Anatomia e Fisiologia, através do aprimoramento de técnicas e materiais; além disso, em 1844, Horace Wells introduziu a anestesia em cirurgias. No século XX ocorre então uma maior compreensão das reações biológicas e infecciosas. Após a 2ª Guerra Mundial, médicos observaram em ex-combatentes feridos que alguns materiais de projéteis promoviam uma menor reação de corpo estranho. Assim, muitos materiais passaram a ser utilizados em técnicas de transferência de tecidos ou ainda como materiais para próteses e dispositivos médicos. Nos anos 60, ocorreu o 1º Simpósio de Biomateriais na Universidade de Clemson, culminando na formação da Sociedade de Biomateriais . Segundo a Conferência do
Instituto de Desenvolvimento de Consenso em Saúde, em 1982, Biomaterial seria qualquer substância (outra que não fármaco) ou combinação de substâncias, sintética ou natural de origem, que possa ser usada por um período de tempo, completa ou parcialmente como parte de um sistema que trate, aumente ou substitua qualquer tecido, órgão ou função do corpo. A ciência dos biomateriais é multidisciplinar, agrupando profissionais como químicos, físicos, engenheiros e profissionais da área biomédica. Desde a década de 60, houve uma grande evolução de materiais e dispositivos, devido principalmente à indústria aeroespacial, química e engenharia. As aplicações dos biomateriais são vastas, como em tecidos moles, ortopedia, odontologia e em defeitos ósseos; como substitutos de válvulas cardíacas e lentes intra-oculares; liberação controlada de fármacos ( drug delivery ); produtos de diagnóstico e dispositivos médicos; e ainda em engenharia de tecidos e órgãos. A engenharia biomédica teve sua origem na evolução da indústria médico-hospitalar, odontológica e farmacêutica e foi impulsionada pela demanda por produtos inovadores abrindo a perspectiva de utilização dos métodos da engenharia para criação de soluções, tanto para a medicina como, numa visão mais ampla, para todas as biociências. Quatro áreas principais dividem as especialidades na Engenharia Biomédica (i) engenharia de reabilitação, cujo foco principal é o desenvolvimento de equipamentos e dispositivos para processamento de sinais biológicos, estimulação neuro-muscular, sustentação, locomoção, fisioterapia e próteses artificiais utilizados para recuperação ou minimização dos efeitos e deficiências neurológicas e músculo-esquelético; (ii) informática médica, voltada ao estudo e desenvolvimento de sistemas de informática aplicados aos equipamentos informatizados e programas desenvolvidos para as diversas áreas que compõe o setor da saúde; (iii) engenharia clínica ou hospitalar cujo principal objetivo é criar e manter a infra-estrutura necessária para proporcionar meios e materiais que maximizem o bem-estar humano e a (iv) bioengenharia que focaliza o estudo do sistema orgânico e o desenvolvimento de órgãos internos artificiais e dispositivos auxiliares dos sistemas biológicos, incluindo equipamentos extra-corpóreos e próteses implantáveis.
Riscos e Benefícios. Dispersando mitos à respeitos dos enxertos biológicos A grande diversidade de enxertos biológicos existentes é oriunda do grande avanço tecnológico, a partir da segunda metade do século XX, e principalmente na última década. Essa variedade disponível no mercado faz com que muitos cirurgiões não compreendam a evolução dos materiais, e a função característica de cada enxerto biológico. Como todo novo produto, questionamentos, dúvidas e idéias equivocadas sobre os enxertos biológicos não seriam diferentes. Avaliar os riscos e benefícios aos pacientes, ponderando qual o material mais adequado, compete ao profissional. Complicações podem ocorrer utilizando tanto enxertos biológicos quanto sintéticos, entretanto algumas dúvidas precisam ser desmistificadas. Mito 1 - Não há problemas com a malha sintética. Fato - A malha sintética não deveria ser usada em locais infectados, podendo corroer e necrosar potencialmente os tecidos circundantes, causando dor. O uso de polipropileno, um material relativamente barato, forte como aço e extremamente biocompatível, pode gerar dor e desconforto a um terço dos pacientes, sendo que metade destes evolui para uma reação inflamatória muito severa, que inibe fibroblastos e angioblastos pela infiltração da trama sintética, resultando em encapsulação permanente dentro dos tecidos. Outra implicação do uso das tramas sintéticas é a formação de adesões intra-abdominais que podem levar a complicações tardias como obstrução gástrica e dor. Mito 2 - Todos os enxertos biológicos são demasiadamente onerosos. Fato - Enxertos biológicos variam de preço, e alguns poderiam ser a escolha mais econômica à longo prazo. Alguns enxertos sintéticos, quando se expressa o custo por centímetro quadrado, são tão caros quanto à maioria dos enxertos biológicos. Tal fato é reflexo das complexas e exaustivas pesquisas no campo da Bioengenharia, com o intuito de aprimorar o desenvolvimento de biomateriais sintéticos que favoreçam a remodelação e revascularização tecidual, conforme sua absorção pelo organismo. O uso de enxertos absorvíveis seria a alternativa mais adequada, sendo que novas cirurgias para adequar componentes ou instalar outros enxertos aumentam o custo final do tratamento. Mito 3 - Todos os enxertos biológicos se remodelam no interior dos tecidos. Fato - A maioria dos enxertos biológicos se remodela, alguns mais ativamente e com êxito do que outros. De uma forma geral, um enxerto biológico deveria produzir um reparo permanente sem haver um biomaterial permanente, onde células infiltrariam em arcabouços produzindo novos vasos e interagindo com os tecidos circundantes, determinando assim a remodelação tecidual. Entretanto, alguns materiais apresentam maior interação molecular com o colágeno e diferentes características de superfície que outros, o que torna variável a capacidade de remodelação. Mito 4 - Ligações-cruzadas tornam os enxertos biológicos melhores. Fato - Ligações-cruzadas tornam os enxertos biológicos mais fortes, não melhores. Em geral, as ligações-cruzadas tornam um enxerto mais estável, porém mais resistente à remodelação. Os fabricantes normalmente utilizam ligações-cruzadas nos enxertos para estabilizar sua estrutura tridimensional, melhorando sua resistência, reduzindo a
resposta imune do hospedeiro e garantindo a segurança do produto. Dessa forma, configura-se um enxerto mais estável, porém mais propenso a desencadear uma reação inflamatória do tipo corpo estranho. Mito 5 - Todos os enxertos biológicos são elásticos. Fato - Enxertos biológicos derivados da derme têm elastina e estão propensos ao estiramento. Além do processamento, a origem dos enxertos biológicos desempenha um papel fundamental na sua capacidade de remodelação e fornecer elasticidade. Os enxertos podem ser derivados de humanos ou animais, e só se remodelam em tecidos completamente vascularizados, para se tornarem fortes. A elasticidade de um enxerto é importante em locais onde a distensão de órgãos vitais é fator comum. Entretanto, sem o devido suporte estrutural do mesmo, há risco de rompimento desta elasticidade, onde a recorrência de transtornos bem como sintomatologia dolorosa podem se tornar constantes. Mito 6 - Enxertos biológicos causam seroma e inflamação. Fato - Todas as tramas sintéticas e os enxertos biológicos contribuem para o seroma e à inflamação. Num espaço potencial no organismo, o uso de uma trama sintética ou um enxerto biológico previne seu preenchimento por constituintes patológicos, fazendo com que o próprio organismo se encarregue de preenchê-lo com fluido. Todo corpo estranho, seja biológico ou sintético, causa uma reação inflamatória. A persistência destes fluidos inflamatórios ou de seroma pode determinar uma reparação sintomática, problemática e sujeita à infecções, pois impede o contato tecidual necessário para uma adequada remodelação. Mito 7 - Enxertos biológicos fornecem apenas uma reparação provisória. Fato - Se o enxerto biológico se remodela completamente dentro do tecido vascularizado do paciente, o reparo então é permanente. Os enxertos biológicos se comunicam com o organismo, através de sinais dos tecidos que invadem e cruzam os arcabouços dos biomateriais, permitindo assim que aconteça a remodelação, atraindo células e nutrientes à área afetada. Assim que o processo de remodelação esteja completo e os enxertos biológicos incorporados aos tecidos, o reparo se torna permanente sem que haja necessariamente um material residual. Mito 8 - Um reparo permanente requer um material permanente. Fato - Atualmente existem evidências que o reparo ocorra de forma tão duradoura em ambos os enxertos - biológico e sintético. Os enxertos atuais não são inertes, mas reagem e se modificam no organismo. Grande parte dos enxertos não promove complicações ou recorrências, permitindo o reparo permanente, apesar de nem sempre serem absorvidos. Os arcabouços desenvolvidos na superfície dos biomateriais possibilitam a infiltração de células hospedeiras, onde o crescimento tecidual assegura o reparo adequado do microambiente. Mito 9 - Enxertos biológicos podem ser usados da mesma forma que as tramas sintéticas. Fato - Os enxertos biológicos necessitam técnicas cirúrgicas e detalhes clínicos diferenciados. Para os enxertos biológicos terem sucesso, deve haver íntimo contato entre eles e os tecidos hospedeiros vascularizados, possibilitando o crescimento de vasos sanguíneos, migração e crescimento celular e a sinalização adequada para promover a remodelação tecidual. Os cuidados relacionados aos enxertos biológicos devem ser redobrados, pois se forem infectados serão rapidamente degradados, em comparação às tramas sintéticas, tendo que ser removidos cirurgicamente.
Poliméricos Os polímeros são compostos químicos orgânicos macromoleculares resultante da união de várias unidades menores que se repetem, os monômeros. Independente de sua composição química, degradam sob adequadas condições. O título de não degradável, entretanto, refere-se àqueles materiais que não degradam durante seu uso ou por tempo muito longo após seu uso. A biodegradabilidade de um polímero depende principalmente da cristalinidade (alinhamento de suas cadeias poliméricas), hidrofobicidade, composição e forma do produto. Os polímeros podem ser sintéticos, aplicação Biomédica de Biomateriais Poliméricos Sintéticos produzidos reação de adição ou de condensação, biológicos (polinucleotídeos, polipeptídeos, polisacarídeos) ou modificações de polímeros naturais (nitrocelulose, borracha vulcanizada). Alguns exemplos são listados abaixo: Polímero Sintético
Aplicação
Polivinilcloreto (PVC)
Bolsas para soluções e sangue, embalagens cirúrgicas, conjunto IV, dispositivos para diálise, cateteres, conectores e cânulas
Polietileno (PE)
Garrafa farmacêutica, catéter, garrafas flexíveis, implantes ortopédicos
Polipropileno (PP)
Seringas descartáveis, membranas para oxigenador sanguineo, sutura, enxertos vasculares artificiais
Polimetilmetacrilato (PMMA)
Reservatórios e bombas de sangue, membrana para diálise sanguinea, lentes oculares implantáveis, cimento ósseo
Poliestireno (PS)
Frasco para cultivo de células, garrafas cilíndricas para cultura, dispositivos para filtragem,
Polietilenotereftalato (PET)
Sutura implantável, malhas, enxertos vasculares artificiais, válvulas cardíacas
Politetrafluoroetileno (PTFE)
Cateteres, enxertos vasculares artificiais
Poliuretano (PU)
Filmes, tubos e componentes
Poliamida (nylon)
Embalagens para filmes, catéteres, suturas, moldes
1.Hidrogéis. Polímeros que podem absorver água pela dilatação dos seus retículos poliméricos e que são utilizados em lentes intra-oculares, lentes de contato de pele artificial, matriz para encapsulamento de células, matriz para liberação controlada de drogas e matriz para crescimento de células (engenharia de tecidos). (Link para Biomateriais fundamentos e aplicações) (ex: Colágeno, poliácido acrílico, poli(etilenoglicol)
2.Ácido polilático (PLA) e polilático-co-glicólico (PLGA). A forma poli-L-lático (PLLA) tem maior tempo de degradação que a mistura das formas D e L, chamada simplesmente de PLA, podendo demorar mais que 6 anos. A taxa de degradação aumenta proporcionalmente ao aumento do peso molecular do polímero. A degradação do PLLA e PLA se dá pela via hidrolítica que promove diminuição das propriedades mecânicas e aumento da cristalinidade. Pouca informação existe sobre a degradação do PLA por enzimas, como a proteinase K. Estes materiais são considerados biocompatívies embora tenha sido relatado diminuição da proliferação celular e produção de resíduos tóxicos possivelmente devido à produtos de degradação ácida. Tem sido usado para produzir membrana sintética absorvível flexível e em formato de anel para guiar a neoformação óssea ao redor dos implantes, bem como placas e parafusos para fixação.
3.Politetrafluoretileno (PTFE). É o polímero de carbono mais conhecido, o Teflon®, com elevada cristalinidade e densidade com baixa tensão superficial e atrito. Muito utilizada como membrana não-reabsorvível microporosa para a regeneração tecidual guiada, mas requer um segundo tempo cirúrgico para sua retirada. Pode apresentar reforço de malha de titânio para produzir arcabouço utilizado na regeneração óssea guiada .
História dos Biomateriais A utilização de biomateriais com a finalidade terapêutica, se iniciou há milhares de anos. Relatos históricos da utilização de suturas, por exemplo, fazem referência há mais de 32 mil anos. No Período Helênico, os assistentes de padres realizavam tratamentos médicos. Um dos filhos desses assistentes é gerado no ano 460 aC. - nasce Hipócrates, que teve uma visão mais prática da Medicina. Quanto aos materiais médicos usados pelo menos há 2000 anos, os romanos, chineses e astecas usavam ouro em Odontologia; olhos de vidro e dentes de madeira eram materiais de uso comum; e ungüentos eram utilizados para "colar" a pele, como bandagens. O período medieval, no século XVI, mostrava ainda grande associação entre Medicina e Religião. No ano de 1163, uma regulamentação Papal condicionava que cirurgias com derramamentos de sangue eram incompatíveis com a Igreja. No século XVII aC., segundo o Papiro de "Edwin Smith", as fraturas eram tratadas com bandagens, mel e clara de ovos, e as feridas com carne fresca. Nos séculos XVII e XVIII, intervenções faciais eram feitas com imobilizações oclusais e bandagens mento-parietais e frontooccipitais. Através da Revolução Industrial, os séculos XVIII e XIX trouxeram maior conhecimento em Anatomia e Fisiologia, através do aprimoramento de técnicas e materiais; além disso, em 1844, Horace Wells introduziu a anestesia em cirurgias. No século XX ocorre então uma maior compreensão das reações biológicas e infecciosas. Após a 2ª Guerra Mundial, médicos observaram em ex-combatentes feridos que alguns materiais de projéteis promoviam uma menor reação de corpo estranho. Assim, muitos materiais passaram a ser utilizados em técnicas de transferência de tecidos ou ainda como materiais para próteses e dispositivos médicos. Nos anos 60, ocorreu o 1º Simpósio de Biomateriais na Universidade de Clemson, culminando na formação da Sociedade de Biomateriais . Segundo a Conferência do Instituto de Desenvolvimento de Consenso em Saúde, em 1982, Biomaterial seria qualquer substância (outra que não fármaco) ou combinação de substâncias, sintética ou natural de origem, que possa ser usada por um período de tempo, completa ou parcialmente como parte de um sistema que trate, aumente ou substitua qualquer tecido, órgão ou função do corpo. A ciência dos biomateriais é multidisciplinar, agrupando profissionais como químicos, físicos, engenheiros e profissionais da área biomédica. Desde a década de 60, houve uma grande evolução de materiais e dispositivos, devido principalmente à indústria aeroespacial, química e engenharia. As aplicações dos biomateriais são vastas, como em tecidos moles, ortopedia, odontologia e em defeitos ósseos; como substitutos de válvulas cardíacas e lentes intra-oculares; liberação controlada de fármacos ( drug delivery ); produtos de diagnóstico e dispositivos médicos; e ainda em engenharia de tecidos e órgãos. A engenharia biomédica teve sua origem na evolução da indústria médico-hospitalar, odontológica e farmacêutica e foi impulsionada pela demanda por produtos inovadores abrindo a perspectiva de utilização dos métodos da engenharia para criação de soluções, tanto para a medicina como, numa visão mais ampla, para todas as biociências. Quatro áreas principais dividem as especialidades na Engenharia Biomédica (i) engenharia de reabilitação, cujo foco principal é o desenvolvimento de equipamentos e dispositivos para processamento de sinais biológicos, estimulação neuro-muscular, sustentação, locomoção, fisioterapia e próteses artificiais utilizados para recuperação ou minimização dos efeitos e deficiências neurológicas e músculo-esquelético; (ii)
informática médica, voltada ao estudo e desenvolvimento de sistemas de informática aplicados aos equipamentos informatizados e programas desenvolvidos para as diversas áreas que compõe o setor da saúde; (iii) engenharia clínica ou hospitalar cujo principal objetivo é criar e manter a infra-estrutura necessária para proporcionar meios e materiais que maximizem o bem-estar humano e a (iv) bioengenharia que focaliza o estudo do sistema orgânico e o desenvolvimento de órgãos internos artificiais e dispositivos auxiliares dos sistemas biológicos, incluindo equipamentos extra-corpóreos e próteses implantáveis. Fonte: http://www.biomateriais.com.br/telas/default/default.asp?id_area=1 Portal Biomateriais
