Date post: | 22-Apr-2015 |
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UNIVERSIDADE FEDERAL DO RECÔNCAVO DA BAHIACENTRO DE CIÊNCIAS DA SAÚDE
Biomaterials and Scaffolds for Tissue Engineering
Santo Antonio de Jesus – BAFevereiro de 2013
George Gonçalves
O'BRIEN, F. J. (2011)Royal College of Surgeons in Ireland, [email protected] Today
CONTEÚDO
• Introdução (Visão Geral);
• Biomateriais;
• Requisitos para Scaffolds;
• Estudo de caso: Scaffolds de colágeno para engenharia de tecido ósseo;
• Scaffolds para engenharia de tecidos: estado da arte e direções futuras.
• Doenças• Lesões • Traumas
INTRODUÇÃO
DEGENERAÇÃO TECIDUAL
AloenxertosAutoenxertos Xenoenxertos
CaroDoloroso
Limitações AnatômicasHematomas
Disponibilidade TecidualRisco de Rejeição
InfecçõesDoenças
ENGENHARIA DE TECIDOS
INTRODUÇÃO
ENGENHARIA DE TECIDOS
• Função• Estética
Substitutos Biológicos
Scaffolds 3D
Adaptado de: http://www.tissue-engineering.it/home/images/stories/ml%20fabrication.jpg
Biomateriais
INTRODUÇÃO
BiomaterialScaffold
Células
Engenharia de Tecidos
Fatores de Crescimento
/Bioreatores
Fig. 1. “Tríade da Engenharia de Tecidos”
‘Material não viável utilizado num dispositivo médico, destinado a interagir com sistemas biológicos.’
BIOMATERIAIS
‘Material destinado a interagir com sistemas biológicos para avaliar, tratar, aumentar ou substituir qualquer tecido, órgão ou função do corpo’
European Society for Biomaterials (1976)
Adaptado de:http://ars.els-cdn.com/content/image/1-s2.0-S1084952108001547-gr2.jpg
Biocompatibilidade
Biodegradabilidade
Propriedades Mecânicas
Estrutura
Tecnologia de Fabricação
REQUISITOS PARA SCAFFOLDS
BIOCOMPATIBILIDADE
Adaptado de:http://blogs.rsc.org/bm/files/2012/11/C2BM90003C.jpg
• Adesão celular;
• Migração celular;
• Proliferação celular;
• Resposta imune negligenciável.
REQUISITOS PARA SCAFFOLDS
BIODEGRADABILIDADE
• Produção da Matriz Extracelular (MEC);
• Não-toxicidade;
• Promover Interações:
Célula x Biomaterial.
Adaptado de:
Duncan e Breuer (2011)
REQUISITOS PARA SCAFFOLDS
Segundo Vert et al. (1992)
Biodegradável
• Sofrem dispersão in vivo;• Não há eliminação de subprodutos pelo organismo.
Segundo Vert et al. (1992)
Bioreabsorvível
• São reabsorvídos in vivo;• São eliminados por rotas metabólicas. TOTAL
Segundo Vert et al. (1992)
Bioabsorvível
• São dissolvidos em flúidos corpóreos;• Sem diminuição da massa molecular;• Pode ser reabsorvível.
PROPRIEDADES MECÂNICAS
• Depende da necessidade;
• Manter a Integridade.
FORÇA ELASTICIDADE
http://www010.upp.so-net.ne.jp/r-ogawa/jp/parts/scrap12.jpghttp://www.materials.drexel.edu/Students/Co-op/Profiles/DerrickSmith/hip-xray.jpg
REQUISITOS PARA SCAFFOLDS
ESTRUTURA
• Porosidade;• Tamanho dos poros.
Fig. 2. Células osteoblásticas (verde) aderidas a Scaffold de colágeno-GAG (vermelho) .
REQUISITOS PARA SCAFFOLDS
REQUISITOS PARA SCAFFOLDS
TECNOLOGIA DE FABRICAÇÃO
• Clinicamente e comercialmente viável.
http://files.lcp-ima.webnode.com.br/200000030-25135260b4/SDC13542.JPG
http://topnews.in/healthcare/sites/default/files/artificial-skin1.jpg
CERÂMICAS
Scaffolds
POLÍMEROS
NATURAIS
POLÍMEROS
SINTÉTICOS
SCAFFOLDS
CERÂMICAS
• Hidroxiapatita (HA);• Fosfatos de Tricálcio (TCP).
RIGIDEZ
ELASTICIDADE
SUPERFÍCIEQUEBRADIÇA
http://engbiotec.files.wordpress.com/2012/09/enxerto.jpg
http://www.biomech.ethz.ch/research/mb/ste/figure1.jpg?hires
http://www.geistlich.com.br/typo3temp/pics/M_fd5b877741.jpg
SCAFFOLDS
POLÍMEROS SINTÉTICOS
• Poliestireno;• Poli (Ácido L-Lático) (PLLA);• Ácido Poliglicólico (PGA).
DEGRADAÇÃOCONTROLÁVEL
ELASTICIDADE
BIOATIVIDADE
DEGRADAÇÃO POR HIDRÓLISE
CO2 pH
Adaptado de:http://herkules.oulu.fi/isbn9514266676/html/graphic11.jpe
SCAFFOLDS
POLÍMEROS NATURAIS
• Colágeno;• Quitosana;• Alginato.
BIOLOGICAMENTE ATIVOS
CRESCIMENTO CELULAR
ADESÃO CELULAR
PROPRIEDADESMECÂNICAS
http://2.bp.blogspot.com/_5C_306IztQU/R_DaKZmOlKI/AAAAAAAABxM/ooIK7xUs6_M/s400/3.jpg
SCAFFOLDS
Fig. 3. (a) Scaffold de colágeno-GAG (CG); (b) Hidroxiapatita (HA); e (c) scaffold de compósito de colágeno-HA (CHA).
COMPÓSITOS
SCAFFOLDS DE COLÁGENO PARA ENGENHARIA DE TECIDO ÓSSEO
ESTUDO DE CASO:
SCAFFOLDS DE COLÁGENO
http://www.brasiledinheiro.com/wp-content/uploads/2012/03/Tecido-Epitelial-4.jpg
http://3.bp.blogspot.com/_X_6P0lbMEC4/S-b4TVx52eI/AAAAAAAAAO4/QdsLcevJ05M/s1600/epitelio+pavimentoso+simples+vaso+sanguineo-lamina-36a-400x.jpg
http://anatpat.unicamp.br/Dscn45239++.jpg
http://1.bp.blogspot.com/-UKKHL-sSp8I/Tsm0wffo_9I/AAAAAAAAAFY/sxIEJmWXZgE/s320/cartilagem2.jpg
Colágeno
• 89% da Matriz Orgânica Óssea;• 32% da Composição do Osso.
http://www.hypro.cz/img/kolagen/model.gif
Adaptado de:http://medicinapertutti.altervista.org/istologia/tessuto_cartilagineo/img_tess_cart/schema_proteoglicani_in_cartilagine.jpg
Colágeno I Glicosaminoglicanos Colágeno-GAG
SCAFFOLDS DE COLÁGENO
Promovem regeneração óssea in vivo de calvária.
Facilitam a reparação de regiões submetidas a níveis mais elevados de carga.
SCAFFOLDS DE COLÁGENO
Scaffold de compósito de colágeno-HA (CHA).
Fig. 4. Efeito da adição de HA na Rigidez e Permeabilidade da Sacaffold de Colágeno. A adição causou um aumento significante na rigidez (*p < 0.05). Mas também aumentou a permeabilidade . Após a hidratação os poros permanecem abertos.
SCAFFOLDS DE COLÁGENO
Fig. 5. Mineralização celular mediada por osteoblastos sobre a CHA scaffolds contendo quantidades diferentes de HA (expresso como % em peso em relação ao colágeno). 'Em branco' mostra valores originais de HA nas scaffolds para comparação. A presença de HA produziu uma resposta osteoindutora em que a sua composição química aumentou o potencial osteogénico das células, resultando em neoformação óssea.
SCAFFOLDS DE COLÁGENO
Comparação da regeneração entre scaffolds sem células e scaffolds com Células Tronco Mesenquimais (MSCs) cultivadas.
Fig.6. Exemplo de degradação do núcleo em um defeito calvária de ratos tratados com uma scaffold de fosfato de cálcio e colágeno, 4 semanas após a implantação. (b) Área do defeito completo. Pode ver-se que há uma inflamação significativa e encapsulamento (setas vermelhas) em torno da periferia do tecido implantado, resultando em degradação do núcleo. (a) Imagem com maior ampliação na área do defeito e pode ser visto que a região do núcleo é completamente acelular (setas pretas). As setas brancas representam o tecido ósseo do hospedeiro.
SCAFFOLDS DE COLÁGENO
ESTADO DA ARTE E AS DIREÇÕES FUTURAS
SCAFFOLDS PARA ENGENHARIA DE TECIDOS:
Engenharia de Tecidos
SCAFFOLDS PARA ENGENHARIA DE TECIDOS
http://www.cerebroecoluna.com.br/especialidades/imagens/nervo.jpg
http://www.hyperimport.com.br/files/_fotos/zoom/119FZ1.JPG
http://blogdocancer.com.br/wp-content/uploads/2011/09/rim.jpg
http://medfoco.com.br/wp-content/uploads/2012/10/C%C3%A2ncer-de-cabe%C3%A7a-de-p%C3%A2ncreas-300x214.jpg
http://www.colorretal.com.br/wp-content/uploads/2011/04/intestinoGrosso.gif
http://www.cardioesporte.com.br/imagens/i_imagens/coracaogde.jpg
US$240 milhões
SCAFFOLDS PARA ENGENHARIA DE TECIDOS
DESAFIO:• Vascularização na Scaffold.
ESTRATÉGIA:• Semear celular antes da implantação.
Fig. 7. Formação de microvasos in vitro por células endoteliais sobre scaffold de CG. As células semeadas foram marcados com AlexaFluor 488 Faloidina (que cora o citoesqueleto da célula de verde) e DAPI (que cora o núcleo da célula roxo). Foi observada formação de vasos imagiologia de multifotons.
SCAFFOLDS PARA ENGENHARIA DE TECIDOS
Retardo no tratamento:• Necessidade de vários procedimentos.
Problemas comerciais:• Regulamentação antes da aplicação clínica
SCAFFOLDS PARA ENGENHARIA DE TECIDOS
Pontos Negativos (in vitro)
Artroplastia de articulações:• Regeneração intrínseca da cartilagem é lenta.
Géis semeados com células:• Coração, pele, músculo, neurônios.
Adsorção à Scaffold:• Fatores de crescimento, citocinas, peptídeos de adesão,
drogas.
SCAFFOLDS PARA ENGENHARIA DE TECIDOS
Pontos Positivos (in vitro)
Estas novas pesquisas, em expansão, demonstram o quão multidisciplinar o campo da Engenharia de Tecidos tornou-se, e ao mesmo tempo os desafios são enormes, e as oportunidades de melhorar a saúde humana numa variedade de áreas são imensas. Sem dúvida, tempos empolgantes virão pela frente, e agora está apenas começando a se definir como as tecnologias entrarão nas áreas clínica e comercial.
SCAFFOLDS PARA ENGENHARIA DE TECIDOS
BARBANTI, S. H.; ZARVAGLIA, C. A. C.; DUEK, E. A. R. Polímeros Bioreabsorvíveis na Engenharia de Tecidos. Ciência e Tecnologia, v. 15, n. 1, p. 13-21, 2005.
DUNCAN, D. R.; BREUER, C. K. Challenges in translating vascular tissue engineering to the pediatric clinic. Vascular Cell v. 23, n. 2, 2011.
Referências de Apoio