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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
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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)
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Linhas de PD

• 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_at_home)
• RDP - Desenvolvimento de produtos

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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.

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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, 18454459
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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.

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Engenharia Tecidual - Timeline
Contribuições determinantes dos quatro irmãos
Vacanti.
Relatório sobre Engenharia Tecidual dp
International Technology Research Institute
ITRI - Workshop National Science Foundation - NSF
Estudos com células tronco. Transplantes de
medula em cães expostos a altas doses de radiação
(forma de medicina regenerativa)
Dr. Skalak define Engenharia Tecidual
posteriormente aceito por relatório do ITRI e NSF
Publicado por Alexis Carrel (médico) e Lindbergh
(aviador) o The Culture of Organs
Dr. Christiaan Barnard realiza o primeiro
transplante de coração
Irmãos Vacanti publicam na Plastic and
Reconstructive Surgery
1938
1950
1967
1997
2002
1988

• 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
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Habilitadores da Engenharia Tecidual
Scaffolds (biomateriais estruturados)? (HPA,PGA,
PLGA, PCL, PHB, etc.)?
Células (osteoblastos, células tronco,
condroblastos etc.)?
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
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Realidade Brasileira Cirurgias reconstrutivas
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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.

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Plataformas para estruturação 3D de biomateriais
Plataforma Experimental para deposição de
biomateriais
PHB
Colonização por células
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Infra-estrutura
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Implantes, Scaffolds e Engenharia Tecidual
The Production of tailored Implant and Scaffold
via RP Processes Adapted from Silva 2005 (SBPMAT)?
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Implantes, Scaffolds e Engenharia Tecidual
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Implantes, Scaffolds e Engenharia Tecidual
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Implantes, Scaffolds e Engenharia Tecidual
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Implantes, Scaffolds e Engenharia Tecidual
X
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Implantes, Scaffolds e Engenharia Tecidual
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Implantes, Scaffolds e Engenharia Tecidual
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Implantes, Scaffolds e Engenharia Tecidual
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Intersecção CTI / INCT Biofabriocação
The Production of tailored Implant and Scaffold
via RP Processes Adapted from Silva 2005 (SBPMAT)?
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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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Obrigado pela Atenção! Jorge.silva_at_cti.gov.br 19-
3746-6142