O uso de biomateriais cerâmicos e poliméricos em implantes com auxílio da prototipagem rápida

1. O uso de biomateriais cerâmicos e poliméricos em implantes com auxílio da prototipagem rápida Cecília Amélia de Carvalho Zavaglia Departamento de Engenharia de Materiais FEM-UNICAMP LABIOMEC

2. Sumário da Apresentação • Labiomec • Equipe • Atividades principais dentro do INCT • Prototipagem rápida auxiliando o preenchimento de defeitos crânio-faciais • Futuro LABIOMEC

3. LABIOMEC Laboratório de Biomateriais e Biomecânica da Faculdade de Engenharia Mecânica da UNICAMP Principais linhas de pesquisa: • Biomateriais • Biomecânica LABIOMEC

4. Biomateriais • Desenvolvimento e caracterização de biomateriais • Biomateriais metálicos (ligas de titânio) ( parceria com CTA) • Biomateriais cerâmicos (biocerâmicas): hidroxiapatita -TCP e cimentos de fosfato de cálcio ( parceria com UFRGS) • Biomateriais poliméricos: hidrogéis (pHEMA e PVAl) e polímeros bioreabsorvíveis (PGA, PLLA, PLGA, PCL); blendas e compósitos ( parcerias com PUC SP, FCM e FEQ) LABIOMEC

5. Biomateriais • Recobrimentos cerâmicos: carbono tipo diamante, dióxido de titânio e hidroxiapatita ( parceria com IFWG) • Suportes porosos para engenharia de tecidos • ( parceria com FCM, EESC-USP) • Prototipagem rápida aplicada aos biomateriais • ( parceria com CTI) • Avaliação biológica in vitro e in vivo( parcerias com Sobrapar, FCM e UNIFESP) • Avaliação de implantes ortopédicos (Participante da Rede Multicêntrica de Avaliação de Implantes Ortopédicos - REMATO) LABIOMEC

6. Biomecânica • Sistemas de retenção para crianças em veículos • Ergonomia e segurança dos acentos infantis LABIOMEC

7. Labiomec

8. Labiomec

9. Labiomec

10. Labiomec LABIOMEC

11. Equipe LABIOMEC

12. Equipe: professores da FEM LABIOMEC

13. Equipe: pos- doutorandos LABIOMEC

14. Equipe: doutorandos LABIOMEC

15. Equipe: mestrandos em fase de conclusão LABIOMEC

16. Equipe: mestrandos iniciando LABIOMEC

17. Equipe: mestrandos iniciando LABIOMEC

18. Equipe :Alunos de graduação fazendo estágio no exterior, que irão entrar no mestrado LABIOMEC

19. Equipe: colaboradores de outras instituições LABIOMEC

20. Biomateriais Implantes Biomateriais Biológicos Sintéticos Biotoleráveis Metais Autógenos (enxerto ósseo) Bioinertes Cerâmicas Homógenos (transplantes) Bioativos Polímeros Heterógenos (pericárdio bovino) Bioreabsorvíveis Compósitos LABIOMEC

21. articulação para maxilar lentes intra-oculares marcapasso implantes dentários articulação de cotovelo coração temporário válvulas cardíacas mamas pinos de material polimérico tubo para diálise dispositivo intra-uterino pênis e testículos articulação de quadril ligamentos de joelho articulação de joelho parafusos para fixação de fraturas articulação e dedos Exemplos de Implantes Sintéticos LABIOMEC

22. Atividades do Labiomec dentro do INCT Biofabris LABIOMEC

23. Atividades • Desenvolvimento e caracterização de biomateriais para preenchimento de defeitos ósseos ( pelo método indireto) – próteses maciças • Desenvolvimento e caracterização de biomateriais bioreabsorvíveis para a confecção de próteses porosas para engenharia de tecidos LABIOMEC

24. Atividades ( continuação) 3.Utilizar os biomateriais aqui desenvolvidos diretamente nos equipamentos de prototipagem rápida 4. Fazer scaffolds diretamente nos equipamentos de prototipagem rápida, com os biomateriais desenvolvidos LABIOMEC

25. Objetivos dentro do INCT Biofabris Desenvolvimento e caracterização de biomateriais para ortopedia e odontologia( tecidos ósseos)) • Materiais cerâmicos • Polímeros e compósitos • Liga de titânio biomédica LABIOMEC

26. Materiais cerâmicos • Materiais para preenchimento de defeitos ósseos: hidroxiapatita,  TCP, cimentos de fosfato de cálcio compósitos cerâmica-cerâmica, como por exemplo: HA+ZrO2, HA+ TiO2,HA+Al2O3, ZrO2+Al2O3 • Revestimentos cerâmicos sobre metais: hidroxiapatita e TiO2 sobre ligas de titânio por aspersão térmica a plasma e Carbono DLC sobre ligas de titânio por imersão a plasma. LABIOMEC

27. Novos Materiais Metálicos • Ligas de titânio biomédicas ( com elementos de liga mais inertes que a liga aeronáutica) • Exemplos: Ti-13Nb-13Zr , fornecida por Vinicius Henriques do CTA- por metalurgia do pó LABIOMEC

28. Biomateriais Poliméricos • Polímeros : Poli( - Hidróxi ácidos) • Poli ( L- ácido láctico) (PLLA) • Poli ( ácido glicólico) (PGA) • Poli ( caprolactona) (PCL) • Poli ( para-dioxanona) ( PPD) • Blendas ( poli- caprolactona com poli (ácido sebácico) Hidrogéis ( para substituir cartilagem) • Poli ( HEMA) (PVAI) e blendas LABIOMEC

29. Novos Biomateriais Não Metálicos • Biocerâmicas: • Cimentos de Fosfato de Cálcio • Compósitos Cerâmica-Cerâmica Exemplos : alumina-zircônia hidroxiapatita-zircônia hidroxiapatita-titânia hidroxiapatita-alumina LABIOMEC

30. Cimento de Fosfato de Cálcio (CFC) Um cimento CFC pode ser preparado misturando-se um sal de fosfato de cálcio com água ou com uma solução aquosa para que se forme uma pasta que possa reagir à temperatura ambiente ou corporal a fim de dar lugar a um precipitado que contenha um ou mais fosfato de cálcio e dê pega por meio do intercruzamento dos cristais deste precipitado. LABIOMEC

31. Cimento de Fosfato de Cálcio (CFC) Os cimentos de fosfato de cálcio são constituídos por um componente ácido e outro básico, os quais, quando se misturam com água, reagem para formar um ou vários produtos com uma acidez intermediária à dos produtos de partida. LABIOMEC

32. Vantagens do Cimento de Fosfato de Cálcio • não é necessário de dar forma à cavidade; • mínima cavidade; • o fato de sua preparação ser realizada durante o ato cirúrgico; •  um ótimo contato entre osso e implante; • biocompatibilidadee bioatividade. LABIOMEC

33. Requisitos ideais de um CFC para reparações ósseas : O tempo requerido para a mistura deve ser curto: 1 min ou menos O tempo de pega deve ser tal que permita a manipulação apropriada do material sem ser demasiadamente longo: a pega deve iniciar-se por volta de 5 min e finalizar-se entre 15 ou 20 min; O tempo de preparo da massa (tempo durante o qual se pode moldar o material sem afetar sua resistência final) deve ser próximo ao tempo de pega inicial: por volta de 5 min;  LABIOMEC

34. Requisitos ideais de um CFC para reparações ósseas ( cont.): O tempo de coesão (o momento a partir do qual o cimento não se incha nem se desintegra em contato com os fluidos corporais) deve ser mais curto que o tempo de preparo e de pega inicial.   A resistência à compressão final deve ser pelo menos similar à do tecido reparado; Não deve produzir calor durante a pega; O pH deve ser neutro (6,5 - 8,5) durante e depois da pega para evitar efeitos citotóxicos. LABIOMEC

35. Compósitos cerâmica- cerâmica desenvolvidos hidroxiapatita-zircônia ( 50%-50%) hidroxiapatita-titânia (50%-50%) hidroxiapatita-alumina( 40%-50%) Alumina –zircônia ( diversas composições) Possibilidades de aplicações : cabeças de fêmur e acetábulo, pilar cerâmico ( em implantes) LABIOMEC

36. Engenharia de tecidos • A engenharia de tecidos é um novo ramo da ciência voltada para a pesquisa e desenvolvimento(P&D) de substitutos biológicos de reparação, reconstrução e regeneração de tecidos • É uma área de pesquisas multidisciplinar, que envolve a medicina, a biologia e a engenharia LABIOMEC

37. Engenharia de tecidos LABIOMEC

38. O princípio metodológico mais utilizado, para se fazer engenharia de tecidos, envolve as seguintes etapas: 1ª Etapa) Construção de arcabouços tridimensionais, biocompatíveis, porosos e biodegradáveis, chamados também de “Scaffolds”. Entre os arcabouços(ou scaffolds) mais usados, tem - se: os polímeros sintéticos bioreabsorvíveis (PLLA, PGA e PLGA) os polímeros naturais (colágeno e derivados do ácido hialurônico) os cerâmicos (hidroxiapatita, beta fosfato tricálcico, biovidros. LABIOMEC

39. Continuação: 2ª)Etapa: O cultivo de células em ambiente laboratorial próprio. Há dois tipos de células cultivadas: as células maduras e diferenciadas (condrócitos ou osteócitos isolados de uma área doadora, exemplo: condilo femural; e as células tronco mesenquimais indiferenciadas adultas (origem:medula óssea , tecido gorduroso e sangue). LABIOMEC

40. Continuação: 3ª) Etapa: Adição de fatores de crescimento à matriz. Os fatores mais usados são as BMPS ( proteínas morfo-genéticas) que podem ser de origem animal, como as BMPs bovinas, ou de origem recombinada (tecnologia do DNA recombinante). LABIOMEC

41. Continuação: 4ª) Etapa: Implantação do arcabouço no local da lesão. Este arcabouço pode ser implantado de várias formas a saber : • Implantado sozinho • Implantado juntamente com as células cultivadas fora do paciente (semeadas sobre o arcabouço). • Implantado associado com fatores de crescimento (proteína morfogenética do osso(BMP), fator de crescimento derivado de plaquetas (PDGF) e outros LABIOMEC

42. Desenvolvimentos realizados sobre scaffolds LABIOMEC

43. MEVs de Scaffolds de PLGA, respectivamente com 8, 20, 32, 52 semanas LABIOMEC

44. MEVs de Scaffolds de PCL, respectivamente com 8, 20, 32, 52 semanas LABIOMEC

45. Exemplos de Scaffols cerâmicos ( HA-TiO2) LABIOMEC

46. Membranas porosas de compósito poli(-caprolactona) e -fosfato tricálcico produzidas pela dissolução em clorofórmio LABIOMEC

47. Corpos de prova 50%HA-50%TiO2 1250°C 1300°C 1350C

48. Exemplo de scaffold metálico : espuma de titânio expandida a vácuo

49. Prototipagem rápida auxiliando o preenchimento de defeitos crânio-faciais LABIOMEC

50. Definição do Problema Reconstrução Craniofacial FEM LABIOMEC