HIDROGÉIS A maior parte dos polímeros de suporte/matrizes não são injectáveis Vantagem hidrogéis = são injectáveis (simplificação da intervenção cirúrgica) o líquido é injectado forma-se uma matriz de hidrogel no organismo Hidrogel = redes poliméricas hidrofílicas que podem absorver milhares de vezes o peso em água Vantagens: estrutura semelhante aos componentes do organismo propriedades mecânicas o meio aquoso protége as células em crescimento regula-se funcionamento das células, difusão de nutrientes e factores de crescimento Fátima Vaz
HIDROGÉIS - Produzidos a partir de: polímeros naturais - ácido hialurónico, quitosana, colagénio polímeros sintécticos - PEG= polietileno glicol, PLA = ácido poliláctico; PGA = ácido poliglicólico,. polímeros naturais e sintécticos Ligações físicas - reversíveis - redes ligadas por ligações secundárias (forças H2..) Ligações químicas - permanentes - ligações cruzadas =recticulação ou cross-link Utilização: em sólido = lentes de contacto maleáveis matrizes obtidas por prensagem de pós (comprimidos) revestimentos (catéteres) membranas - como reservatório num adesivo de libertação controlada de fármacos líquido =bloquear fuga em vaso sanguíneo ou intestino síntese de pele artificial e cultura de tecidos
Hidrogel com macroporos Preparado por copolimerização de 2-hidroxietil metacrilato e metacrilato de sódio com NaCl Implante no sistema nervoso central.
Hidrogéis como matrizes/estrutura de suporte em Engª de Tecidos Biópsia do tecido do doente Isolam-se células retiradas do doente e são cultivadas in vitro As células são incorporadas nos suportes ou matrizes poliméricas Colocam-se no doente por injecção ou implantação degradação controlada dos hidrogéis Ex: artérias, bexiga, pele, cartilagem, osso ligamentos e tendões. Hidrogéis: injectáveis ou pré-fabricados
Propriedades dos hidrogéis resistência mecânica suporte células; em geral têm baixa resistência mecânica porosidade- promover o crescimento dos tecidos desempenho biológico adesão das células biocompatibilidade não provocarem reacções adversas no organismo (inflamações) mecanismo de reticulação = estabelecimento de cross-links em tecidos ortopédicos usam-se hidrogéis em que as ligações se formam in situ Degradação controlada dos hidrogéis Hidrogéis formados a partir de polímeros naturais são biocompatíveis e degradavéis propriedades mecânicas limitadas muitas variações de composição sintécticos- composição química reprodutível muitos não são degradáveis requerem várias etapas de purificação
Exemplos: hidrogéis de colagénio = reconstrução do fígado, osso, vasos sanguíneos e intestino hidrogéis de alginato (algas ) = reparação oral hidrogéis de quitosana = tecidos sistema nervoso Promover a formação de vasos sanguíneos: com transporte de nutrientes para o tecido vascularização do tecido: a) incluem-se moléculas que funcionam como factores de crescimento e induzem a infiltração de vasos sanguíneos - factores angiogénicos (Ex: factor de crescimento fibroblástico) endoteliais d) incorporar células no suporte, formam vasos sanguíneos = células
Formação de vasos sanguíneos = Angiógenese Vasos sanguíneos crescem para dentro Vasos sanguíneos crescem para fora = combinação
Produção de matrizes extra-celulares no corpo humano através de introdução de suportes / scaffolds Células infiltradas no suporte vão produzir tecido e o suporte deve ir-se degradando como resposta às enzimas libertadas pelas células à medida que o tecido cresce Polímeros naturais = colagénio, fibrina Polímeros sintécticos : ácido poliláctico = PLA ácido poliglicólico = PGA Processos de fabrico de suportes: 1. Fibroso fibras de PGA + matriz PLA : 2 métodos a) - fibras de PGA imersas em solução de PLA - evaporação do solvente - aquecimento do compósito: união das fibras e retira-se PLA - estrutura muito porosa - poros 500 µm
1.b) Atomização PLA depositado por spray nas fibras de PGA Os métodos a) e b) usam solventes podem ser tóxicos para as células se a sua remoção não for completa suporte em vácuo durante várias horas 2. LIXIVIAÇÃO/VAZAMENTO - dissolução do PLA em clorofórmio ou em cloreto de metileno - vazamento da mistura num molde com porogénio (Ex: NaCl solúvel em água) - evaporação do solvente - polímero/sal é lixiviado em água (2dias) para remover o sal - Porosidade depende da quantidade de sal; tamanho dos poros = tamanho dos cristais de sal - Ou compósito polímero/sal é comprimido a certa temperatura, forma-se um cilindro que é cortado em forma de disco antes da lixiviação (controlo da espessura)
3. FORMAÇÃO GASOSA - permite a eliminação de solventes - moldação e compressão dos polímeros - Colocação em câmara com CO 2 e pressão elevada - Obtêm-se porosidades elevadas, mas não interligadas o que dificulta a formação de tecidos 4. SEPARAÇÃO DE FASES - polímeros dissolvidos num solvente com baixo ponto de fusão - polímeros arrefecidos abaixo da Tfusão do solvente separação de fases - obtém-se estrutura porosa - diâmetro poros = 100 µm 5. EMULSÃO - dissolução de PLGA em cloreto de metileno + água destilada = emulsão -vazada em molde e arrefecida em azoto líquido -remoção da água e solventes poliméricos - poros de dimensões reduzidas - 13-35 µm
6. LIXIVIAÇÃO + EMULSÃO - água em azoto líquido- forma-se gelo - polímero dissolvido em clorofórmio; sobrearrefecido a -20ºC -mistura-se o polímero com o gelo em molde de alumínio - molde é colocado em azoto líquido - 48h - molde à temperatura ambiente - 48h - vantagens- controlo da porosidade
7. OUTROS MÉTODOS Métodos anteriores têm desvantagens, Ex: uso de agentes químicos 7.1: deposição de múltiplas camadas finas - em cada camada são colocadas células - união entre camadas = ligante biodegradável - tecido cresce entre as camadas e o suporte vai-se degradando (Existe no ínicio um modelo computurizado da forma do suporte a partir de TAC 7.2. Modelação por deposição - Filamento de polímero é extrudido numa matriz - Secção a secção- forma-se estrutura 3D - porosidade depende da interligação dos filamentos - elevada resistência mecânica
8. IMPRESSÃO 3D - polímero em pó é espalhado sobre êmbolo - um ligante é impresso em regiões específicas de acordo c/ instruções computador - ligante une as partículas - êmbolo desce e colaca-se outra camada de ligante - obtêm-se estrutura 3D
Exemplos : crânios de animais com defeitos 1. Tomografia - ver o defeito 2. Reconstrução 3D /computador 3. Fabrico do suporte 4. Colocação das células 5. Implante no animal
Combinações de polímeros biodegradáveis sintécticos com colagénio - suportes de polímeros sintécticos têm boa resistência mecânica - o período de degradação pode ser controlado através do controlo do peso molecular e da cristalinidade - porém têm problemas de reconhecimento de sinais celulares - Colagénio - tem baixa resistência mecânica - promove interacções celulares Juntar dois polímeros: Ex: colagénio + PLGA- método 6