Demandas e habilitadores da biofabricação
de tecidos para cirurgias reconstrutivas
Jorge Vicente Lopes da Silva – CTI/MCT
I Workshop INCT Biofabricação
Campinas 24 de abril de 2009
Divisão de Tecnologias Tridimensionais
DT3D/CTI
Missão
Pesquisar, desenvolver, utilizar e
difundir tecnologias
tridimensionais, física e virtual,
com foco na inovação e
aplicações multidisciplinares,
sempre com o viés das
demandas da sociedade
Parcerias
Empresas (ProIND)
Hospitais (ProMED)
Universidades (ProEXP)
Linhas de P&D
• PR/PM - Prototipagem e manufatura rápida (MR) para indústria
e saúde;
– Pesquisa e aplicações multidisciplinares da PR e MR;
• PIM - Processamento de imagens médicas;
• Mod/BioCAD - Modelagem CAD e BioCAD (protocolos);
– Engenharia reversa de estruturas anatômicas;
– Análise de Bioengenharia (FEM);
• ET/Biofab - Engenharia Tecidual e Biofabricação;
– Pesquisa de biomateriais para PR;
– Plataformas experimentais para pesquisa em PR
(Fab@home);
• RDP - Desenvolvimento de produtos
Realidade Brasileira
•
Grande extensão territorial e um SUS gigantesco
•
A idade média da população continua a aumentar;
•
No Brasil a expectativa de vida aumentou, entre 1980 e 2003, em 8,8%
(IBGE). Em 2006 era de 72,3 anos;
•
Entre 2005-2006 a expectativa de vida no País aumentou 5 meses (IBGE)
•
Em 2004, os gastos do SUS com ortopedia totalizaram cerca de R$ 60
milhões (CGEE/MCT)
•
Traumas de várias origens;
•
Anomalias congênitas;
•
Doenças de todos os tipos;
•
Falha de órgãos é uma realidade;
•
Doação de órgãos é insuficiente (além das questões éticas) no mundo;
•
Possibilidade de se criar substitutos biológicos (órgão/tecidos) é uma
questão estratégica.
Realidade
• Propriedades dos biomateriais ainda estão aquém de materiais
biológicos;
• Em 2006, nos EUA, 29.000 pacientes foram transplantados e
100.000 continuavam na lista de espera;
• Metade dos gastos médicos nos EUA são atribuídos à perda de
tecidos ou falha de órgãos;
• 150.000 próteses totais de quadril nos EUA normalmente sofrem
manutenção (média de 15 anos);
• Utilização de combinações de células-tronco, biomateriais, fatores
de crescimento e terapia genética para a geração de tecidos ou
terapias (ações em andamento na ET).
Karp e Langer. Development and therapeutic applications of advanced biomaterials.
Current Opinion in Biotechnology 2007, 18:454–459
Engenharia Tecidual - Retrospectiva
• Observações que inquietaram pesquisadores:
• Regeneração completa de alguns membros em seres vivos (lagartixa,
estrela do mar etc.);
• Capacidade de órgãos humanos de regenerarem parcialmente (fígado);
• A diferenciação celular da fecundação ao nascimento;
• Engenharia Tecidual como a convergência de diversas áreas do
conhecimento humano focada na aplicação clínica;
• Imprescindível a união da biologia, engenharias, ciências dos materiais e
várias especialidades biológicas, médicas ou não, para dar respostas que
só serão satisfatórias a longo prazo;
• Um caminho para, entender, mimetizar e aumentar a capacidade
regenerativa dos tecidos e órgãos humanos, promovendo a cura de tecidos
ou a substituição de órgãos;
• Enorme evolução das engenharias como suporte em inúmeras aplicações
relacionadas com a ciência da vida.
Engenharia Tecidual - Timeline
Publicado por
Alexis Carrel
(médico) e
Lindbergh
(aviador) o The
Culture of Organs
Estudos com
células tronco.
Transplantes de
medula em cães
expostos a altas
doses de
radiação (forma
de medicina
regenerativa)
Dr. Christiaan
Barnard
realiza o
primeiro
transplante de
coração
1938
1950
1967
Contribuições
determinantes dos
quatro irmãos
Vacanti.
Dr. Skalak
define
“Engenharia
Tecidual”
Irmãos Vacanti
posteriormente
publicam na
aceito por
Plastic and
relatório do ITRI
Reconstructive
e NSF
Surgery
1988
Relatório sobre
Engenharia
Tecidual dp
International
Technology
Research
Institute – ITRI
Workshop
National Science
Foundation - NSF
1997
Definição de Engenharia Tecidual (NSF)
“A aplicação dos princípios e métodos de engenharia e
ciências da vida na direção do entendimento fundamental
das relações estrutura-função em tecidos normais e
patológicos de mamíferos e o desenvolvimento de
substitutos biológicos para restaurar, manter ou
incrementar a função do tecido”.
polímeros biodegradáveis
sintéticos, semeada com
células cartilaginosas de
bovinos
2002
Habilitadores da Engenharia Tecidual
Células
(osteoblastos,
células tronco,
condroblastos Engenharia Tecidual
etc.)
(Tempo + Ambiente
apropriado – reator)
Scaffolds
(biomateriais
estruturados)
(HPA,PGA,
PLGA, PCL,
PHB, etc.)
Regeneração
tecido/órgão
Sinalizadores moleculares
(controlar adesão,
proliferação, migração,
diferenciação)
(fatores de crescimento,
proteínas morfogenética –
ex. BMP, etc.)
Adaptado de Khang et al. 2006 - A manual for
biomaterials/scaffold fabrication Technology
Realidade Brasileira
Cirurgias reconstrutivas
Cirurgias reconstrutivas avançadas
•
•
Esperado: Maior previsibilidade e estabilidade de resultados
Baseadas em:
• Técnicas de obtenção e tratamento de imagens médicas 3D;
• Modelagem 3D física (PR, se necessário);
• Projeto e análise da estrutura anatômica (BioCAD);
• Escolha adequada do biomaterial;
• Moldagem 3D do biomaterial (MR);
• Tratamento superficial;
• Técnica cirúrgica.
Plataformas para estruturação
3D de biomateriais
Plataforma
Experimental para
deposição de
biomateriais
PHB
Colonização por células
Infra-estrutura
Implantes, Scaffolds e Engenharia Tecidual
The Production of tailored Implant and
Scaffold via RP Processes
Adapted from Silva 2005 (SBPMAT)
Implantes, Scaffolds e Engenharia Tecidual
Implantes, Scaffolds e Engenharia Tecidual
Implantes, Scaffolds e Engenharia Tecidual
Implantes, Scaffolds e Engenharia Tecidual
X
Implantes, Scaffolds e Engenharia Tecidual
Implantes, Scaffolds e Engenharia Tecidual
Implantes, Scaffolds e Engenharia Tecidual
Intersecção CTI / INCT Biofabriocação
CTI
INCT
Biofabricação
The Production of tailored Implant and
Scaffold via RP Processes
Adapted from Silva 2005 (SBPMAT)
INCT Biofabricação
•
Primeira ação estratégica em rede no país com tais objetivos;
•
A pesquisa em Engenharia Tecidual necessita de ações menos
segmentada por grupo ou área de pesquisa e mais
multidisciplinares;
•
Apesar da evolução fantástica da ciência, os biomateriais ainda
estão aquém, se comparados com o organismos e não raramente
falham;
•
A engenharia tecidual pode ser um passo para essa evolução;
•
Porém, a Engenharia Tecidual é apenas um campo promissor,
mesmo após quase 3 décadas;
•
A fabricação aditiva pode ser uma resposta elegante na integração
e solução para a Engenharia Tecidual;
•
Seria oportuno o incentivo à participação de outros pesquisadores.
Obrigado pela
Atenção!
[email protected]
19-3746-6142