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Por Janaina Dernowsek e Elizabeth Pizoni,
Você sabia que os BIOMATERIAIS são constituídos de compostos artificiais e/ou naturais e que podem ser integrados aos sistemas biológicos com o objetivo de melhorar ou substituir funcionalidades dos sistemas biológicos - tecidos e órgãos. Para desenvolvermos biomateriais funcionais temos que unir as seguintes áreas: biologia, química, materiais e engenharia. O campo tem crescido significativamente nos últimos anos devido a descobertas em engenharia tecidual, medicina regenerativa, bioimpressão e muitas outras áreas.
Nós podemos desenvolver biomateriais utilizando polímeros naturais ou sintéticos (como os hidrogéis), cerâmicas e metais (como aços inoxidáveis e ligas de titânio ou cobalto). E como exemplos de dispositivos na área médica utilizando biomateriais, temos:
Biossensores;
Tubos de circulação sanguínea e sistemas de hemodiálise;
Materiais implantáveis (como suturas, placas, substitutos ósseos, tendões, telas ou malhas, válvulas cardíacas, lentes, dentes);
Dispositivos para a liberação de medicamentos (na forma de implantes subdérmicos e partículas);
Tecidos e/ou Órgãos artificiais (como coração, rim, fígado, pâncreas, pulmões, pele);
Curativos, dentre muitos outros.
Hoje, muitas áreas que utilizam biomateriais se preocupam com seus parâmetros ligados a compatibilidade entre dispositivos e sistema biológico, e busca adequar o tipo de material utilizado para sua produção visando função e desempenho apropriados. Algumas das propriedades doa biomateriais que devem ser levadas em conta são: resistência, elasticidade, rugosidade, permeabilidade, estabilidade e bioatividade.
A flexibilidade é de muito interesse para dispositivos médicos, como cateteres e stents, pois devem se adaptar a elasticidade do vaso sanguíneo e suas mudanças de pressão hemodinâmica. O fator rugosidade é significativo para aplicações de baixo atrito, como em implantes de juntas ortopédicas. Agora, quando é necessário uma integração do implante com o tecido ósseo, é desejada uma alta rugosidade. Já a permeabilidade, necessária a dispositivos como lentes de contato, os biomateriais que permitem a difusão de moléculas é requerido.
Os hidrogéis são permeáveis a água, sendo muito utilizados como liberadores de drogas. A estabilidade também pode variar dependendo da sua função no corpo. Um requisito importante sobre biomateriais para liberação de drogas e suporte tecidual é ter sua degradação controlada, enquanto implantes permanentes devem ser estáveis.
Apesar de sua potencialidade em áreas tecnológicas e inovadoras, os biomateriais surgiram na antiguidade. Há relatos do seu uso em múmias no Egito antigo com fios de couro (3500 AC), assim como a utilização de conchas, ferro, ouro e/ou madeira, na forma de dentes artificiais em datas antigas (600 AC). Encontramos também um dedão de múmia que pode ter sido usado como prótese no Egito antigo (950-710 A.C).
Já a bioatividade se refere à propriedade inerente a alguns materiais de participarem em reações biológicas específicas. Como na caso da diferenciação celular que é determinada por um conjunto complexo de fatores de transcrição e epigenéticos. Geralmente, o destino celular é controlado pelo nicho tecidual. Esse nicho consiste de um microambiente tecidual local caracterizado por uma combinação única de propriedades biofísicas, bioquímicas e celulares, e é capaz de manter as células em determinado estado específico.
Representação esquemática de interações célula-matriz extracelular. As células são cercadas por matriz, que fornece diversos sinais bioquímicos (proteínas de adesão celular e fatores de crescimento) e sinais biofísicos (características estruturais, rigidez, e degradação) para guiar os comportamentos celulares. Fonte: Zhang et al., 2018.
Como mostrado na figura acima, os principais componentes e interações do nicho incluem fatores solúveis, contatos célula-célula e interações célula-matriz (através de receptores de membrana e proteínas de adesão). Como exemplo desse sistema de interações temos o rico microambiente de células-tronco, influenciando os comportamentos celulares - como permanecer em estado quiescente, sofrer auto-renovação ou diferenciação mediadora, enquanto o microambiente de células somáticas direcionam as células a manter um fenótipo celular específico ou iniciar a reprogramação, a desdiferenciação e a transdiferenciação. Tais parâmetros são influenciados diretamente pelos biomateriais com ação de bioatividade, característica muito importante na área de bioimpressão de tecidos e órgãos.
Não podemos deixa de falar dos biomateriais a base de metais - vantajosos quando a preocupação é a resistência-, pois apresentam excelente desempenho mecânico podendo resistir à fadiga e à fratura.
São amplamente utilizados como componentes estruturais para a substituição, reforço ou estabilização de tecidos rígidos como o osso. Suas aplicações incluem fios, parafusos e placas para fixação de fraturas, implantes dentários e próteses para substituição de articulações. Já as cerâmicas possuem compatibilidade bioquímica com o nicho e com tecidos rígidos, como ossos e dentes.
Os biomateriais poliméricos também possuem vantagens como a facilidade de fabricação para produzir geometrias complexas e disponibilidade em encontrar materiais com propriedades mecânicas e físicas desejadas para aplicações específicas na área médica, como na medicina regenerativa e engenharia tecidual.
Sobre as pesquisadoras:
Janaina Dernowsek: Bióloga Geneticista e Pesquisadora na área de Biofabricação e Bioimpressão de Tecidos. - Pesquisadora associada ao Centro de Tecnologia da Informação Renato Archer, INCT - Regenera e UNIFESP. - Idealizadora da BioEdTech (formação e capacitação em Bioimpressão), e do projeto Bio3Data (software para a Bioimpressão).
Elisabeth Pizzoni: Química, mestre em química pela UFSCAR e doutoranda na UNESP. Trabalha com biomateriais, impressão 3D, desenvolvimento de novos materiais para engenharia de tecidos, biomimetização de órgãos,regeneração e implante.
Referências:
Can Zhang, Bei Xie, Yujian Zou, Dan Zhu, Lei Lei, Dapeng Zhao, Hemin Nie. Zero-dimensional, one-dimensional, two-dimensional and three-dimensional biomaterials for cell fate regulation. Advanced Drug Delivery Reviews, v. 132: 33-56, 2018.
Pires, A. L. R.; Bierhalz, A. C. K.; Moraes, A. M. Biomateriais: tipos, aplicações e mercado. Quimíca Nova, 38(7): 957-971, 2015.
Prado da Silva, M. H. 2006. Apostila de biomateriais. p. 1-6. (Publicação Técnica). Disponível em: http://www.ebah.com.br/content/ABAAAfOo4AF/apostila-biomateriais. Acessado em: 20/02/2019.
Como citar essa matéria:
DERNOWSEK, JA and PIZZONI, E. Você sabe o que é BIOMATERIAL? Blog BioEdTech. São Paulo, 24 fev. 2019. Disponível em: <https://www.bioedtech.online/blog/o-que-e-biomaterial> Acesso em: 25 fev. 2019.
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