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BIOMATERIAIS E A ENGENHARIA DE TECIDO

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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.

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BIOMATERIAIS E A ENGENHARIA DE TECIDO

Eliana Cristina da Silva Rigo

8/11/2006

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CLASSIFICAÇÃO DOS BIOMATERIAIS

  • quanto a origem
  • quanto a resposta do organismo
  • quanto ao tipo de aplicação
  • quanto as características dos materiais
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ORIGEM BIOLÓGICA

autógenos

próprio paciente

xenógenos

heterólogos

animal

alógenos

homólogos

doador

QUANTO À ORIGEM

slide4

ORIGEM SINTÉTICA

cerâmicas

metais

compósitos

polímeros

QUANTO À ORIGEM

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RESPOSTA

bioativos

bioinertes/

biotoleráveis

bioreabsorvíveis

hidroxiapatita

biovidro

vitro-cerâmica

aço inoxidáveis

Ti e suas ligas

Al2O3, Zr2O, Si3N4

PEUAPM, PMMA

β-fosfato tricálcico

PLA, PLG, PLGA

QUANTO À RESPOSTA DO ORGANISMO

slide6

APLICAÇÃO

bioativos

bioinertes/

biotoleráveis

bioreabsorvíveis

estrutural

não-estrutural

QUANTO AO TIPO DE APLICAÇÃO

slide7

CARACTERÍSTICA

bioativos

bioinertes/

biotoleráveis

bioreabsorvíveis

densa

porosa

QUANTO ÀS CARACTERÍSTICAS DOS MATERIAIS

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materiais “inertes”

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
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“osteocondução”

HISTÓRICO

2ª Geração de Biomateriais – 1980

  • descoberta de materiais com respostas bioativas
  • desenvolvimento de materiais bioreabsorvíveis

suturas, placas e parafusos

slide10

estimular respostas

celulares específicas

engenharia de tecido

HISTÓRICO

3ª Geração de Biomateriais – atualmente

slide11

... 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

slide12

Biomaterial

biofuncional

biocompatível

capacidade de funcionar com uma resposta apropriada do hospedeiro em uma aplicação específica sem causar danos

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Odontologia

  • Ortopedia
  • Cirurgia cardiovascular
  • Oftalmologia
  • Cirurgia plástica
  • Farmacêutica
  • Outras
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Odontologia

275.000/ano

(EUA)

slide16

ODONTOLOGIA

implantes

dentais

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pericárdio bovino

válvula confeccionada com pericárdio bovino

Cardiovascular

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Reconstrução da geometria do ventrículo esquerdo com prótese semi-rígida de pericárdio bovino

slide30

Gelatinosas de hidrogel polihidroxietilmetacrilato (poliHEMA)

Rígidas polimetilmetacrilato

Gelatinosas elásticas silicone e flúor-polímeros, com superfície tratada

Oftalmologia

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implante de lente para

correção de alta miopia

e alta hipermetropia

Oftalmologia

Membrana: PMMA ou silicones e hidrogéis

Estabilidade: polipropileno

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prótese ocular

Oftalmologia

Vidro

Hidroxiapatita

Polietileno poroso

Biocerâmicas

Encaixe entre implante e prótese:pinos de titânio

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Gastroenterologia

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.

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Reabilitação Bucomaxilofacial

Cirurgia:Dr. Pedro Velasco Dias

Prótese:Dra. Bernadete P. Pinho (BA)

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Reabilitação Bucomaxilofacial

Cirurgia:Dr. Pedro Velasco Dias

Prótese:Dra. Bernadete P. Pinho (BA)

slide37

Cirurgia Plástica

Os tipos de material para preenchimento das próteses de mama mais utilizados no Brasil são:

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.

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Cirurgia Plástica

Problemas:

Próteses com superfície lisa apresentam maior propensão para encapsulamento e retração.

  • Contratura capsular
  • Ruptura da Prótese
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Cimento ortopédico

diminuir liberação de

calor durante a cura

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Osteossíntese - dispositivos reabsorvíveis

  • propriedades mecânicas;
  • controle da taxa de reabsorção
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Osteossíntese

adesivo injetável

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Ligamento artificial

  • biomaterial similar ao ligamento natural;
  • inserção ligamento - osso
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Oftalmologia – lente intraocular

  • mínima intervenção;
  • reduzir opacificação
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Enxerto de vasos

  • elasticidade
  • não trombogênico
  • adesão (cola )
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ESPERANÇA

ENGENHARIA DE TECIDOS/

MEDICINA REGENERATIVA

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O que é engenharia de tecidos ou medicina regenerativa ?

  • 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.
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“terapia celular”

células apropriadas cultivadas e transplantadas no orgão doente

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“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.
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“engenharia de tecidos - scaffolds”

células apropriadas cultivadas in vitro sobre suporte apropriado (scaffold) diferenciando-se no tecido específico e depois implantado

slide53

“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.

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Engenharia de Tecidos

representa o “casamento” entre a biologia celular e a engenharia de

materiais que visa manipular e reconstituir tecidos ou órgãos lesados

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COMO ?

células-tronco

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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.

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Quanto a sua classificação, podem ser:

  • Totipotentes
  • - Pluripotentes ou multipotentes
  • - Oligotentes
  • - Unipotentes
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Quanto a sua natureza, podem ser:

  • - Adultas
  • - Embrionárias
  • Podem ser obtidas:
  • - por clonagem terapêutica.
  • do corpo humano
  • - de embriões
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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
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QUANTIDADE

ÉTICA

RELIGIÃO

CÂNCER

SCAFFOLD

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QUANTIDADE

ÉTICA

CÂNCER

SCAFFOLD

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BIOMATERIAIS

SCAFFOLDS

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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
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SCAFFOLDS

MATERIAIS e

TÉCNICAS

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3 cm

Espumas Bioativas

(Sepulveda, 2001)

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500 m

1 m

Espumas Bioativas

(Sepulveda, 2001)

estrutura macroporosa

textura mesoporosa

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Prototipagem Rápida

processo aditivo construtivo utilizado para obtenção de protótipos diretamente de um modelo tridimensional

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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.

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.

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.

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scaffold

polímero biodegradável

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“Pequenas Marias” - Guatemala 2001

A separação foi realizada na UCLA Medical Center, na Califórnia, após

dois meses de preparação

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Reconstrução Naso-orbitáriaParceria com Dr. José Higino Steck — Clínica ONCCAPE (Oncologia Cirúrgica e Cabeça e Pescoço) e CenPRA (Centro de Pesquisas Renato Archer)

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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

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e com isso realizarmos um tratamento preventivo para mantermos a saúde dos nossos tecidos com o envelhecimento

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... precisamos nos lembrar que somente há 30 anos o conceito de um material que não fosse rejeitado pelo organismo também não era imaginado.

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GRUPO DE BIOMATERIAIS

UNIVERSIDADE SÃO FRANCISCO

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. Murolo1Jussara Nobile2Rafaela R. Oliveira2Tais H. C. Salles2

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

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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