BIOMATERIAIS

Introdução

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Introdução

PORQUÊ BIOMATERIAIS

A população humana apresenta hoje um diauma esperança de vida cada vez maior

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Isto acarreta alguns problemas pois o corpo humanonão está preparado para durar tanto tempo

Estes materiais são utilizados para implantes e próteses

História ...

Os primeiros biomateriais foram usados há mais de 2000 anos pelos Romanos e Chineses

Utilização no restauro de dentes

Uma das maiores descobertas referente a um

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Uma das maiores descobertas referente a um biomaterial foi durante a 2ª GM: fragmentos de PMMA dos cokpits eram bem tolerados nos olhos dos pilotos

PMMA é utilizado presentemente para fixar implantes dentários e ortopédicos

PMMA - polimetilmetacrilato

Definição de biomaterial:

Instituto Nacional de Saúde (1998, EUA)

“Qualquer material, natural, fabricado, ou dispositivo que substitua uma parte ou a

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dispositivo que substitua uma parte ou a totalidade de um organismo vivo, com a

capacidade de substituir uma função natural desse mesmo organismo”

Biomaterial ideal:

- Inerte ou apresentar interactividade específica- Biocompatível- Estável mecânica e quimicamente

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- Estável mecânica e quimicamente- Biodegradável- Fabricável- Não trombogénico (em contacto com o sangue)- Esterilizável

Um biomaterial não deve:

- reagir com os tecidos- originar reacções com libertação de

produtos tóxicos

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Incompatibilidade funcional

Tipos de materiais usadoscomo biomateriais

Metais

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MetaisCerâmicosPolímerosCompósitos

Propriedades dos biomateriais

Biocompatível

Ausência de reacções adversas, locais ou sistémicas, de carácter imunológico, toxicológico ou oncológico

Bioactivo/Integrável

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Bioactivo/Integrável

Formação de uma inteface adequada com o meio fisiológico, por exemplo a formação de uma ligação de apatite com o tecido ósseo adjacente, no caso de implantes ósseos não articulados

Biodegradável

Degradação sem afectar o normal funcionamento do meio onde se encontra

Perspectiva histórica

Séc. VII a.C.

Séc. XVII

Pernas de pau

Mãos metálicas dentes de ouro

Séc. XIXDentes de ouro

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1947

Década de 70 Desenvolvimento da engenhariade biomateriais

(Aoki e Groot)

Aços inoxidáveis em ortopedia

Séc. XIXDentes de ouro

Hidroxiapatite

Perspectiva histórica (cont.)

Primeiro biomaterial a ser desenvolvido para aplicação em ortopedia

Constituinte mineral do osso humano

Material capaz de induzir a formação óssea

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Ca10(PO4)6(OH)2

Primeiro passo na engenharia de biomateriais

Estudo de biomateriaisdécada de 80

Materiais convencionais

Ligas Co-Cr-MoLigas TiCerâmicos duros: aluminaPolímeros não degradáveispolietileno

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Novos materiais

polietileno

Fosfatos de cálcio: hidroxiapatitePolímeros biodegradáveis:ácido poliláctico e poliglicólico

Procura de novos materiais biocompatíveis, porque ...

1 – libertação de elementos tóxicosCr, Ni existentes nos aços

2 – produção de partículas de difícil eliminação,

Cirurgia ortopédica

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2 – produção de partículas de difícil eliminação, acumulando-se nas vizinhanças do implante(polietieleno e alumina)

Cirurgia cardiovascular

Material com características trombogénicas(calcificação e formação de coágulos)

Próteses cirúrgicas antigas feitas de polipropileno

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Mortalidade associada às cirurgias cardíacas: 20 a 30% em 1960

Rápido desenvolvimento da Engenharia de Biomateriais

Mortalidade associada às cirurgias cardíacas: 1 a 4% em 2000

Engenharia de Biomateriais

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Engenharia de Tecidos(1987, EUA)

Engenharia de Tecidos ou Bioengenharia

Engenharia de materiais híbridos:

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Substrato natural ou artificial

Cultura de células

Implantação para restaurar, modificar ou unir tecidos funcionais.

Engenharia de biomateriais à escala molecular

1 – Eliminação da adsorção generalizada e não específica de certas proteínas em determinados locais/superfícies

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2 – Promoção da adsorção selectiva de certas proteínas em determinados locais/superfícies

Selectividade bioquímica e espacial

CélulasContêm ribossomas que detectam os motivos de aminoácidos

Proteínas do soro

Interacção entre o núcleo das células e os aminoácidos provoca a

activação celular e posterior crescimento

Adesão e crescimento celular

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COOH

COOH

COH

O

H N H.

Proteínas do soroConstituída por cadeias de aminoácidos, que reagem quimicamente e que contêm o código de reconhecimento das células

BiomateriaisTêm de possuir grupos que reajam quimicamente de forma a atrair as proteínas do soro (albumina)

cavidade• O implante da anca é

“colado” após se escarear o osso de forma a suster o implante.

Exemplo - Ortopedia

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osso

haste

cimento/cola/argamassa

implante.

• Os implantes são geralmente ligas de Ti (ex Ti-6AL-4V).

• O cimento é geralmente polimetilmetacrilato (PMMA).

• Material ideal:

• Não tóxico

Exemplo - Ortopedia

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• Não tóxico

• Baixo valor exotérmico (ou não exotérmico)

• Compatibilidade do módulo de Young com o osso.

• Estimulação de células de forma a se diferenciarem em osteoblastos