Biomateriais II. Fátima Vaz

Transcrição

1 Biomateriais II Medicina regenerativa: crescimento de tecidos e orgãos 1) células - regeneração celular, abordagem genética 2) suportes (scaffolds) - naturais (colagénios) e sintécticos (hidrogéis) 3) sinais moleculares 4) regeneração de tecidos: vasculares, pele, orgãos 5) remodelação in vivo, respostas dos tecidos e células Fátima Vaz

2 4= Engª de tecidos = -células em suportes tridimensionais -crescem (replicação, etc) fora do corpo ou se combinam com matrizes biodegradáveis -novo tecido é implantado no corpo 5= Regeneração de tecidos in situ = pós, soluções ou micropartículas para estimular a reparação do tecido - colocar moléculas no orgão a regenerar/matrizes porosas -moléculas promovem a migração das células do doente para o local danificado - o tecido é regenerado Problemas: População envelhecida listas de espera de orgãos

3 Dados EUA (2003) doentes em lista de espera para transplante de orgãos doentes - enxertos de pele para tratar queimaduras graves ou cancros de pele Candidatos em lista de espera Intestino 163 Rim Pâncreas 1448 Rim/Pâncreas 2407 Fígado Coração 3621 Pulmão 3883 Coração/Pulmão 181

4 Engª de tecidos - Vacanti and Langer, The Lancet, 1999, 354

5 Origem das células: Autólogas células do próprio doente Alogénicas dador humano, mas geneticamente diferente Sinegénicas dador humano, geneticamente idêntico Xenogénicas dador de espécie diferente (porco) Células: primárias retiradas de um organismo imortalizadas Tipos de células: células estaminais (adultas ou embrionárias) células diferenciadas (obtidas por dissociação de misturas de células de alguns tecidos)

6 Células estaminais = capacidade de reprodução e de produzirem os diferentes tipos de células dos tecidos e dos orgãos = diferenciação embrionárias = extraídas dos embriões; podem originar todos os tipos de células; capacidade de auto-renovar mesemquimais células raras da medula óssea que podem dar todos os quatro tipos de tecido hematopoiéticas geram todos os tipos de células que formam o sangue; (provenientes da medula, cordão umbilical, circulação periférica Células estaminais podem vir de adultos ou embriões: - de adultos são células indiferenciadas que se encontram entre células diferenciadas de um tecido específico - de embriões usadas para formar células musculares cardíacas Problema de usar embriões seres humanos ou não? Células progenitoras não são auto-renováveis; provenientes das células estaminais que podem diferenciar-se

7 Fontes: pele pele artificial aprovada pela FDA células embrionárias ou da medula óssea ou de progenitores Problemas da Engª de tecidos: - Permanência dos fenótipos celulares e da resposta imunitária do hospedeiro -Problemas com a expansão e diferenciação celular. Difícil gerar um número suficiente de células de um único tipo; a colocação e estruturação envolve múltiplos fenótipos e há que mantê-los estáveis onde são necessários. - células alogénicas e células xenogénicas maior probabilidade de resposta adversa do hospedeiro; rejeição do implante -Ex: regeneração de tecido cardíaco = expansão e diferenciação celular in vivo bem sucedido -Ex- criação de tecidos e orgãos in vitro, usando bioreactores é complicada problemas: fornecimento de O2, diferenciação celular e colocação num suporte

8 MATRIZES EXTRA-CELULARES = MEC MEC do corpo formada por 19 tipos diferentes de colagénio, proteoglicanos, elastina e firilina é desejável que se possa degradar MEC, para que as células formem o seu próprio suporte MEC responsáveis pelas propriedades mecânicas, físicas e funcionais dos tecidos A interacção das células da MEC com as células de cultura promove diferenciação e replicação

9 Naturais: Colagénio Proteoglicanos Alginatos Hidroxiapatite Sintécticos: PLA = ácido poliláctico; PGA = ácido poliglicólico (degradáveis) polihidroxialcanatos válvulas cardíacas e vasos sanguíneos hidrogéis

10 Suportes naturais - colagénio Suportes naturais = colagénio

11 COLAGÉNIO= proteína polimerização de aminoácidos; arranjo helicoidal 19 tipos de colagénio: mais comum é o tipo I (osso, pele, ligamentos, tendões moléculas de colagénio não aparecem isoladas, mas em fibrilas diâmetro das fibrilas = 50 a 300 nm conjunto de fibrilas=fibras de colagénio tipo I = arranjo 3D das fibras arranjo das fibras de colagénio: - woven - paralelas - tendões e ligamentos - aleatórias - pele fibra de colagénio : função de transparência lentes oculares forma orelhas e nariz (cartilagens)

12 σ Curvas σ ε de tendões ε Região inicial = alinhamento das fibras região inclinada = maioria das fibras alongadas são puxadas ao longo do seu eixo terceira região = quebra de fibras individuais e fractura catastrófica

13 Propriedades mecânicas de tecidos Tecido resist. tracção (MPa) Extensão Máx. (%) Pele Tendão Cartilagem elástica Aorta transversa longitudinal

14 =extracção sequencial Isolar e purificar colagénio a partir de um tecido com colagénio: Tec. Molecular Tec. Fibras Isolar e purificar moléculas de colagénio Adição de enzima que quebra telopeptides (=ligações cruzadas do colagénio) ficam agregados de moléculas solúveis em solução aquosa purificação com sal moléculas são reconstituídas por reacções polimórficas Isolar e purificar fibras de colagénio remoção de materiais que não são colagénio a partir de tecido c/ colag. c/ sal faz-se a extracção de moléculas de colagénio (não em fibras) e outras moléculas Ácido- enfraquece ligações entre as proteínas ácidas ligadas às fibras de colagénio facilita remoção de proteínas ácidas Base - enfraquece ligações entre as proteínas básicas ligadas às fibras de colagénio facilita remoção de proteínas básicas

15 Tecnologia de Fabrico das Matrizes Colagénio purificado Fabrico de materiais Matrizes de Colagénio Matriz Aplicação Membrana (filme, folha) reparação oral Porosa cartilagens Gel tecidos moles e duros Solução libertação controlada Filamentos tendões Tubular reparação nervosa e vascular Compósito colagénio/polímero sintéctico reparação vascular, pele colagénio/polímero biológico tecidos moles colagénio/cerâmico reparação de tecidos duros

16 Tamanho de poros nas matrizes de colagénio = µm permite a entrada das células na matriz para regenerar o tecido facilitar a difusão