Biomaterials and scaffolds

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Apresentação do artigo Biomaterials and scaffolds for tissue engineering (O'Brien, 2011)

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Biomaterials and scaffolds

  1. 1. UNIVERSIDADE FEDERAL DO RECÔNCAVO DA BAHIA CENTRO DE CIÊNCIAS DA SAÚDE Santo Antonio de Jesus – BA Fevereiro de 2013 George Gonçalves O'BRIEN, F. J. (2011) Royal College of Surgeons in Ireland, fjobrien@rcsi.ie Materials Today
  2. 2. 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.
  3. 3. • Doenças • Lesões • Traumas DEGENERAÇÃO TECIDUAL AloenxertosAutoenxertos Xenoenxertos Caro Doloroso Limitações Anatômicas Hematomas Disponibilidade Tecidual Risco de Rejeição Infecções Doenças ENGENHARIA DE TECIDOS
  4. 4. ENGENHARIA DE TECIDOS • Função • Estética Substitutos Biológicos Scaffolds 3D Adaptado de: http://www.tissue-engineering.it/home/images/stories/ml%20fabrication.jpg Biomateriais
  5. 5. Biomaterial Scaffold Células Engenharia de Tecidos Fatores de Crescimento/ Bioreatores Fig. 1. “Tríade da Engenharia de Tecidos”
  6. 6. „Material não viável utilizado num dispositivo médico, destinado a interagir com sistemas biológicos.‟ „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)
  7. 7. Adaptado de: http://ars.els-cdn.com/content/image/1-s2.0-S1084952108001547-gr2.jpg Biocompatibilidade Biodegradabilidade Propriedades Mecânicas Estrutura Tecnologia de Fabricação
  8. 8. BIOCOMPATIBILIDADE Adaptado de: http://blogs.rsc.org/bm/files/2012/11/C2BM90003C.jpg • Adesão celular; • Migração celular; • Proliferação celular; • Resposta imune negligenciável.
  9. 9. BIODEGRADABILIDADE • Produção da Matriz Extracelular (MEC); • Não-toxicidade; • Promover Interações: Célula x Biomaterial. Adaptado de: Duncan e Breuer (2011)
  10. 10. Segundo Vert et al. (1992) Biodegradável • Sofrem dispersão in vivo; • Não há eliminação de subprodutos pelo organismo.
  11. 11. Segundo Vert et al. (1992) Bioreabsorvível • São reabsorvídos in vivo; • São eliminados por rotas metabólicas. TOTAL
  12. 12. Segundo Vert et al. (1992) Bioabsorvível • São dissolvidos em flúidos corpóreos; • Sem diminuição da massa molecular; • Pode ser reabsorvível.
  13. 13. 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
  14. 14. ESTRUTURA • Porosidade; • Tamanho dos poros. Fig. 2. Células osteoblásticas (verde) aderidas a Scaffold de colágeno- GAG (vermelho) .
  15. 15. 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
  16. 16. CERÂMICAS Scaffolds POLÍMEROS NATURAIS POLÍMEROS SINTÉTICOS
  17. 17. CERÂMICAS • Hidroxiapatita (HA); • Fosfatos de Tricálcio (TCP). RIGIDEZ ELASTICIDADE SUPERFÍCIE QUEBRADIÇA 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
  18. 18. POLÍMEROS SINTÉTICOS • Poliestireno; • Poli (Ácido L-Lático) (PLLA); • Ácido Poliglicólico (PGA). DEGRADAÇÃO CONTROLÁVEL ELASTICIDADE BIOATIVIDADE DEGRADAÇÃO POR HIDRÓLISE CO2 pH Adaptado de: http://herkules.oulu.fi/isbn9514266676/html/graphic11.jpe
  19. 19. POLÍMEROS NATURAIS • Colágeno; • Quitosana; • Alginato. BIOLOGICAMENTE ATIVOS CRESCIMENTO CELULAR ADESÃO CELULAR PROPRIEDADES MECÂNICAS http://2.bp.blogspot.com/_5C_306IztQU/R_DaKZmOlKI/AAAAAAAABxM/ooIK7xUs6_M/s400/3.jpg
  20. 20. Fig. 3. (a) Scaffold de colágeno-GAG (CG); (b) Hidroxiapatita (HA); e (c) scaffold de compósito de colágeno-HA (CHA). COMPÓSITOS
  21. 21. 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/s32 0/cartilagem2.jpg
  22. 22. • 89% da Matriz Orgânica Óssea; • 32% da Composição do Osso. http://www.hypro.cz/img/kolagen/model.gif Adaptado de: http://medicinapertutti.altervista.org/ist ologia/tessuto_cartilagineo/img_tess_c art/schema_proteoglicani_in_cartilagin e.jpg Colágeno I Glicosaminoglicanos Colágeno-GAG SCAFFOLDS DE COLÁGENO
  23. 23. 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).
  24. 24. 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
  25. 25. 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
  26. 26. 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
  27. 27. Engenharia de Tecidos SCAFFOLDS PARA ENGENHARIA DE TECIDOS http://www.cerebroecoluna.com.br/es pecialidades/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/intestinoG rosso.gif http://www.cardioesporte.com.br/ imagens/i_imagens/coracaogde.j pg US$240 milhões
  28. 28. SCAFFOLDS PARA ENGENHARIA DE TECIDOS DESAFIO: • Vascularização na Scaffold. ESTRATÉGIA: • Semear celular antes da implantação.
  29. 29. 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
  30. 30. Retardo no tratamento: • Necessidade de vários procedimentos. Problemas comerciais: • Regulamentação antes da aplicação clínica SCAFFOLDS PARA ENGENHARIA DE TECIDOS Pontos Negativos (in vitro)
  31. 31. 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)
  32. 32. 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
  33. 33. 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

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