Jorge Vicente Lopes da Silva – CTI/MCT
I Workshop INCT Biofabricação
Campinas 24 de abril de 2009
Demandas e habilitadores da biofabricação de tecidos para cirurgias
reconstrutivas
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)
Divisão de Tecnologias TridimensionaisDT3D/CTI
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
1938 1950
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
1967
Contribuições determinantes dos
quatro irmãos Vacanti.
Irmãos Vacanti publicam na Plastic and
Reconstructive Surgery
1997
polímeros biodegradáveis sintéticos, semeada com células cartilaginosas de
bovinos
20021988
Dr. Skalak define
“Engenharia Tecidual”
posteriormente aceito por
relatório do ITRI e NSF
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”.
Relatório sobre Engenharia Tecidual dp International Technology
Research Institute – ITRI
-Workshop
National Science Foundation - NSF
Habilitadores da Engenharia Tecidual
Adaptado de Khang et al. 2006 - A manual for biomaterials/scaffold fabrication Technology
Células
(osteoblastos, células tronco, condroblastos
etc.)
Scaffolds (biomateriais estruturados)
(HPA,PGA, PLGA, PCL, PHB, etc.)
Sinalizadores moleculares (controlar adesão,
proliferação, migração, diferenciação)
(fatores de crescimento, proteínas morfogenética – ex.
BMP, etc.)
Engenharia Tecidual
(Tempo + Ambiente apropriado – reator)
Regeneração tecido/órgão
Tridimensionalização
por meio de
processos aditivos
Realidade BrasileiraCirurgias 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
Colonização por células
Plataforma Experimental para
deposição de biomateriais
PHB
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
The Production of tailored Implant and Scaffold via RP Processes
Adapted from Silva 2005 (SBPMAT)
CTI
INCT Biofabricação
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.
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