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  • UNIVERSIDADE FEDERAL DO ABC

    GUILHERME CARNIELLI ROMERO

    JÉSSICA ANDRADE TRINDADE

    ASPECTOS DA INTERAÇÃO BIOMATERIAL-TECIDO: UMA REVISÃO

    SÃO BERNARDO DO CAMPO

    2019

  • 1

    GUILHERME CARNIELLI ROMERO

    JÉSSICA ANDRADE TRINDADE

    ASPECTOS DA INTERAÇÃO BIOMATERIAL-TECIDO: UMA REVISÃO

    Projeto referente ao

    Trabalho de Graduação apresentado à

    Universidade Federal do ABC como

    requisito parcial para obtenção do

    diploma no curso de graduação em

    Engenharia Biomédica.

    Orientador: Prof. Dr. Frederico Augusto

    Pires Fernandes

    SÃO BERNARDO DO CAMPO

    2019

  • 2

    “Ninguém ignora tudo. Ninguém sabe tudo. Todos nós sabemos alguma coisa.

    Todos nós ignoramos alguma coisa. Por isso aprendemos sempre.”

    Paulo Freire

  • 3

    RESUMO

    ROMERO, Guilherme Carnielli; TRINDADE, Jéssica Andrade. Aspectos da

    Interação Biomaterial-Tecido: Uma Revisão. Trabalho de Graduação em

    Engenharia Biomédica. Universidade Federal do ABC. São Bernardo do Campo, SP,

    2018.

    A biocompatibilidade é definida como a capacidade de um biomaterial em

    desencadear e influenciar no processo de cicatrização, restauração e integração

    tecido-material em uma lesão, de maneira a interagir com os tecidos do entorno e

    órgãos adjacentes - sem causar dano e sem prejudicar a função do dispositivo ali

    presente. O objetivo deste trabalho foi o aprofundamento dos conceitos teóricos desta

    interação biomaterial-tecido. Além disso, trazer uma perspectiva mais acessível sobre

    o processo da biocompatibilidade sem perder de vista a coerência dos conceitos.

    Foram avaliados os mecanismos de biocompatibilidade, como as respostas

    fisiológicas ao biomaterial de maneira sistêmica e local, as consequências à cada

    classe de biomaterial existente e quais os artifícios possíveis para melhorar a

    aplicabilidade clínica. A interação na interface do biomaterial-tecido é uma cadeia

    complexa de reações entre o organismo e o dispositivo. É necessário e possível um

    equilíbrio de ambas as partes para o funcionamento desejável, com variações e

    particularidades dentro de cada classe de biomaterial.

    Palavras-chave: biomateriais; biocompatibilidade; resposta inflamatória.

  • 4

    ABSTRACT

    ROMERO, Guilherme Carnielli; TRINDADE, Jéssica Andrade. Aspects of

    Biomaterial-Tissue Interaction: A Review. Trabalho de Graduação em Engenharia

    Biomédica. Universidade Federal do ABC. São Bernardo do Campo, SP, 2018.

    Biocompatibility is defined as the ability of a biomaterial to trigger and influence the

    healing process, restoration and tissue-material integration in a lesion, in order to

    interact with surrounding tissues and adjacent organs - without causing damage and

    without impairing the function of the device. The objective of this work was to deepen

    the theoretical concepts of the biomaterial-tissue interaction. In addition, bring a more

    accessible perspective on the process of biocompatibility without losing sight of the

    coherence of concepts. The mechanisms of biocompatibility, such as the physiological

    responses to the biomaterial in a systemic and local way, the consequences to each

    class of biomaterial and the possible factors to improve the clinical applicability were

    evaluated. The interaction at the biomaterial-tissue interface is a complex chain of

    reactions between the organism and the device. It is necessary and possible a balance

    between both parts for desirable operation, with variations and particularities within

    each class of biomaterial.

    Keywords: biomaterials; biocompatibility; inflammatory response

  • 5

    SUMÁRIO

    1. INTRODUÇÃO 6

    2. OBJETIVOS 9

    3. METODOLOGIA 10

    4. AMBIENTE FISIOLÓGICO 11

    4.1 Coagulação 13

    5. SISTEMA IMUNE 17

    6. INTERAÇÃO ENTRE PROTEÍNAS E A SUPERFÍCIE 20

    7. INFLAMAÇÃO E INFECÇÃO 23

    8. CLASSES DE BIOMATERIAIS 29

    8.1. Biomateriais Metálicos 30

    8.2. Biomateriais Poliméricos 33

    8.3. Biomateriais Cerâmicos 34

    9. INFLUÊNCIA DAS PROPRIEDADES DOS MATERIAIS NA BIOCOMPATIBILIDADE 37

    9.1. Metais e ligas 38

    9.2. Polímeros 41

    9.3. Cerâmicas 42

    10. DISCUSSÃO E PERSPECTIVAS 44

    11. CONCLUSÃO 47

    REFERÊNCIAS 48

  • 6

    1. INTRODUÇÃO

    Segundo a Agência Nacional de Vigilância Sanitária (ANVISA, 2018), um

    biomaterial é uma substância ou biomaterial, com exceção de alimentos e drogas,

    utilizado de maneira terapêutica ou diagnóstica que tem interação direta com fluidos

    e tecidos biológicos. Eles podem ser de natureza sintética ou natural, orgânico ou

    inorgânico, vivos ou inanimados e tem função de aprimorar ou substituir uma função,

    um tecido ou um órgão danificado. (RATNER, 2004)

    Os biomateriais correspondem a uma parte significativa dos 300 mil

    biomateriais utilizados em saúde de acordo com dados de 2005. Há registros de uso

    dos biomateriais desde a Antiguidade, como por exemplo, suturas de linho e ouro

    utilizadas no Antigo Egito (2000 A.C.). Atualmente, existem aplicações cada vez mais

    diversas e que se aprimoraram ao longo do tempo como as lentes de contato,

    sensores, tecidos artificiais, dentre outros. (WILLIAMS, 2008).

    Os biomateriais podem ser divididos em quatro principais categorias:

    poliméricos, metálicos e cerâmicos (provindos de animais e plantas). Sendo que,

    algumas vezes, duas classes de biomateriais são combinadas nos chamados

    materiais compósitos, formando assim uma quinta classe. Cada classe apresenta

    suas características, individualidades e usos. Como consequência, a interação dos

    mesmos com tecidos e células é diferente. Sendo assim, com o advento de novas

    tecnologias, estes materiais foram sendo aperfeiçoados e otimizados: quanto mais se

    conhece sobre o mecanismo fisiológico de interação biomaterial-tecido, mais

    complexos se tornam os desafios dentro desta área (RATNER, 2004; PIRES; BIERHALZ;

    MORAES, 2015).

    Dessa interação, o fator mais importante e que difere o biomaterial de um

    material comum é a capacidade de entrar em contato com tecidos, fluidos ou sistema

    do corpo humano sem causar dano de grau inaceitável ao local de implante. O

    mecanismo de coexistência entre o biomaterial e o tecido de forma equilibrada e que

    maximize o desempenho do dispositivo médico tem sido objeto de estudo de

    cientistas e discutida no contexto da biocompatibilidade (WILLIAMS, 2008).

    De uma maneira geral, pode-se dizer que o desempenho de materiais para uso

    na área da saúde é controlado por dois conjuntos de características, um que

  • 7

    determina a capacidade de um dispositivo em executar a função apropriada

    (funcionalidade) e outro que está relacionado à compatibilidade do biomaterial com o

    corpo. Os dois termos, biofuncionalidade e biocompatibilidade, são usados para

    denotar essas características. De forma simplificada, eles podem ser considerados

    conceitos diferentes mas, na prática, e com aplicações cada vez mais avançadas isso

    tem se alterado. De fato, a biofuncionalidade pode ser descrita como um conjunto de

    propriedades que permitem que um dispositivo desempenhe uma determinada

    função, enquanto a biocompatibilidade se refere à capacidade do dispositivo de

    continuar a executar essa função, de maneira efetiva e pelo tempo que for necessário

    (WILLIAMS, 2008).

    Biocompatibilidade é um termo muito utilizado dentro da ciência dos

    biomateriais, porém a sua definição está em constante atualização, frente a novas

    tecnologias, desenvolvimento de novos biomateriais e principalmente os novos

    desafios de aplicação. O conceito envolve atualmente desde engenharia de tecidos,

    entrega de medicamentos, até nanotecnologia e transfecção de genes — tornando

    ainda mais urgente o estudo dos mecanismos dessa interação e a clareza de seus

    funcionamentos (WILLIAMS, 2008).

    Segundo Ratner (2015), biocompatibilidade é a capacidade de um biomaterial

    em orientar e desencadear um processo de cicatrização, restauração e integração

    tecido-material em uma lesão normal. Desse ponto de vista, grande parte dos

    dispositivos utilizados comercialmente no período atual não se encaixa no conceito

    de biocompatível, pois podem desencadear também processos inflamatórios no

    organismo após longo período de exposição, ainda que de maneira controlada. Outro

    ponto importante é que esta definição só faz sentido em uma interação in vivo do

    biomaterial, visto que estes processos dependem na maioria das vezes de

    vascularização (RATNER, 2015).

    O conceito de biocompatibilidade tem sido re