87 1. INTRODUÇÃO Biomateriais são compostos orgânicos e

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BIOMATERIAIS E SUA BIOCOMPATIBILIDADE NUMA ABORDAGEM MULTIDISCIPLINAR NA ÁREA
DE SAÚDE, ALIMENTOS FUNCIONAIS E MEDICINA REGENERATIVA. 1
Mauro Afonso da Silva2
Paulo Celso L. Guimarães3
Tatiany Dias Pereira4
Adenilda Cristina Honório-França5.
RESUMO
O estudo aprofundado em Biomateriais tem trazido à ciência reflexos positivos em relação às várias transformações que
a humanidade atravessa quando se depara com situações comuns e que é ao mesmo tempo de grande complexidade na
evolução das espécies. A biocompatibilidade dos materiais, como, polímeros, regeneração tecidual, alimentos
funcionais, abre uma grande oportunidade de crescimento na área de biomateriais e biomodulação, quando próteses ,
implantes, transplantes e sistema imune, estão sendo mais requisitados pela humanidade atual. Trata-se de uma revisão
bibliográfica traçando o perfil destes biomateriais e demonstrando sua interface multidisciplinar e como estes interagem
com os avanços da nanotecnologia na ciência.
Palavras chaves: Biomateriais, biocompatibilidade, alimentos funcionais, medicina regenerativa, nanotecnologia.
ABSTRACT
The in-depth study in Biomaterials science has brought positive impacts on the various transformations that humanity
goes through when faced with situations that are common and at the same time great complexity in the evolution of
species. The biocompatibility of materials, such as polymers, tissue regeneration, functional foods, opens a great
opportunity for growth in the area of biomaterials and biomodulation when dentures, implants, transplantation and
immune system are most sought by humanity today. This is a literature review outlining the profile of these biomaterials
and demonstrating its multidisciplinary interface and how they interact with the advances in the science of
nanotechnology.
Keywords: Biomaterials, biocompatibility, functional foods, regenerative medicine, nanotechnology.
1
Este trabalho faz parte de um estudo de revisão de literatura sobre biomateriais e sua aplicação na saúde, como parte de
conclusão do programa de Pós-Graduação em Ciências de Materiais da Universidade Federal de Mato Grosso (UFMT).
2
Biólogo, docente das Faculdades Unidas do Vale do Araguaia ; Discente do programa de Pós-Graduação em Ciências
de Materiais da Universidade Federal de Mato Grosso. E-mail: [email protected].
3
Discente do Programa de Pós-Graduação de Ciências de Materiais da Universidade Federal de Mato Grosso (UFMT);
E- mail: [email protected].
4
Docente da Secretaria de Educação do Estado de Mato Grosso na área de Comunicação e Expressão; E-mail:
[email protected].
5
Docente do curso de Biomedicina da Universidade Federal de Mato Grosso; E-mail: [email protected].
1. INTRODUÇÃO
Biomateriais são compostos orgânicos e inorgânicos
que são utilizados para ajudar o homem na sua
evolução, sendo com alterações ou não em suas
estruturas, para que possam interagir com as células
humanas com o máximo de compatibilidade em tecidos
originais. A biocompatibilidade exigida destes
materiais tem aumentado o número de pesquisas nesta
área.
O termo biomateriais refere-se a materiais naturais ou
sintéticos destinados a interagir com sistemas
biológicos para avaliar, tratar, aumentar ou substituir
funções (WILLIAMS, 1999). Os biomateriais também
podem ser definidos como sendo substâncias de
origens naturais ou sintéticas que são toleradas de
forma transitória ou permanente pelos diversos tecidos
que constituem os órgãos dos seres vivos (SANTOS et
al., 1999).
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ISSN 1984-431X
Paralelamente, as ciências aplicadas e a biotecnologia
têm conduzido esforços para desenvolver uma
engenharia de processos biológicos, tanto no sentido de
controle de respostas imunes indesejáveis do
organismo, como na incorporação de materiais
funcionais que possam alterar os processos de
conservação dos alimentos preservando suas
características e funções originais (KREFT et al, 2006).
Desde a década de 1960, implantes temporários,
confeccionados de polímeros biorreabsorvíveis,
ganharam uma importância crescente na área médica,
sendo utilizados em um amplo número de aplicações
no corpo humano, tais como: suturas cirúrgicas,
sistemas para liberação controlada de drogas, stents e
dispositivos ortopédicos. Atualmente fazem parte do
cotidiano dos centros cirúrgicos no mundo inteiro
(BARBANTI et al, 2005). Com o advento da
nanotecnologia os biomateriais evoluíram de forma a
alcançarem a menor unidade atômica à biomodulação,
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essa capacidade de criar objetos de qualidade superior
aos de hoje, a partir da organização dos átomos da
forma desejada. O princípio básico da nanotecnologia é
a construção de estruturas e novos materiais a partir
dos átomos. Um nanômetro (nm) equivale a um
bilionésimo de metro.
1.1 Efeitos
Imunológica
dos
Biomateriais
e
a
Resposta
Estudos recentes têm reportado a tolerância a materiais
quando estes são adsorvidos com proteínas do plasma.
Assim o método de uso de matriz protéica permite
modular a secreção de citocinas (LI et al., 2005). Neste
sistema, o macrófago tem sido apontado como célula
central na resposta inflamatória do hospedeiro, porque
as respostas para os biomateriais envolvem adesão e
formação de células gigantes, tendo impacto direto
sobre a bioestabilidade e a biocampatibilidade (KAO,
1999).
Macrófagos em superfícies de materiais funcionais
revestidos com proteínas não promovem fusão, ou seja,
a formação de células gigantes, porém secretam níveis
elevados de citocinas pró-inflamatórias como IL1 e
IL6. Os macrófagos ativados na presença de citocinas
pro-inflamatórias inibem citocinas anti-inflamatórias.
Alternativamente, macrófagos ativados são estimulados
pela IL4 e IL3 e glicocorticóides que inibem citocinas
pro-inflamtórias e promovem citocinas antiinflamatórias (ANDERSON et al., 2008).
Vários trabalhos reportam a utilização de ferramentas
de tolerância imunológica para a aplicação de
biomateriais funcionais. Os mecanismos de interações
entre a interface organismo-alimento funcionalresposta imune tornam-se essenciais para a presença ou
ausência de reconhecimento, contribuindo para o
sucesso ou não dos materiais enquanto meio de se
melhorar a saúde humana.
O acúmulo de conhecimentos no presente e no futuro
deverá gerar novas terapêuticas como opções de ativar
ou desativar o trio morte/perigo/imunidade. Este tipo
de manipulação poderá trazer novas oportunidades para
estimular respostas imunológicas, ou bloquear reações
inflamatórias e reações auto-imunes (KROEMER e
ZITVOGEL, 2006). Determinar se a morte celular é
imunogênica, tolerogênica, ou silenciosa quando ocorre
reconhecimento é um problema central na Imunologia.
A resposta a esta questão está diretamente ligada à
ausência de resposta, ou presença de respostas imunes
não desejáveis (KROEMER e ZITVOGEL, 2006).
Alguns trabalhos têm atribuído o papel de células T
regulatórias como responsáveis de manter o balanço
entre o que é imunogênico ou tolerogênico. Estas
células têm um papel central no controle das respostas
imunológicas e na inativação de células auto-reativas
(COOLS et al., 2007).
Assim, o desenvolvimento de alimentos funcionais que
modulam a função das células do sistema imune pode
conduzir a uma nova imunoterapia para o tratamento de
doenças tão diversas como o câncer, infecções virais
persistentes, e autoimunidade.
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Neste contexto, os biomateriais podem ser
vislumbrados como suportes que servem como modelo
para estudar a função das células imunitárias em um
ambiente biomimético, onde certos aspectos da função
celular podem ser testados pela variação sistemática
dos parâmetros físicos. O desenvolvimento de
materiais para as aplicações imunológicas permite
estudos básicos em função de células e estruturas
sintéticas de tecido linfóide, bem como avanços na
engenharia de vacinas (STACHOWIAK e JAIN,
2003).
1.2 Nanotecnologia e suas Implicações na Saúde
O objetivo principal não é chegar a um controle preciso
e individual dos átomos, mas elaborar estruturas
estáveis com eles. Pode-se a partir das experiências
com A NOTECNOLOGIA promover novas pesquisas
com íons e métodos de formação das nanopartículas,
sem alterar a parede da membrana (bicamada lipídica
YANG, P 2009)que favorecerão o transporte de
enzimas e proteínas e demais transportes ativos ou
passivos, como fármacos e outros componentes
necessários na reconstrução biológica, como por
exemplo na cosmetologia, quimioterapia e etc. Um dos
grandes problemas que poderá ser gerado pela
nanotecnologia é a nanopoluição, gerada por
nanomateriais ou durante a confecção desses. Esse tipo
de poluição, composta por nanopartículas, pode ser
mais perigosa do que a poluição existente no planeta,
uma vez que pode flutuar facilmente pelo ar viajando
por grandes distâncias. Pelo fato dos nanopoluentes
não existirem na natureza, provavelmente as células
não terão as armas necessárias para lidar com eles,
provocando danos ainda não conhecidos.
1.3 Biomodulação e Biomateriais
A importância atribuída à interação entre as proteínas e
a superfície dos materiais é geralmente considerada um
passo fundamental para o comportamento bem
sucedido de qualquer bio-material. Após o contato com
fluídos fisiológicos, muitas proteínas adsorvidas nas
superfícies induzem interações indiretas das células
com o material. (DOLATSHAI et .al, 2008)
A biodegradabilidade de um polímero depende
principalmente da cristalinidade (alinhamento de suas
cadeias poliméricas), hidrofobicidade, composição e
forma do produto. Os polímeros podem ser sintéticos,
aplicação Biomédica de Biomateriais Poliméricos
Sintéticos produzidos reação de adição ou de
condensação,
biológicos
(polinucleotídeos,
polipeptídeos, polisacarídeos) ou modificações de
polímeros
naturais
(nitrocelulose,
borracha
vulcanizada).
Os polímeros tem sua aplicação na medicina em larga
escala. Como por exemplos polímeros de PVC que são
encontrados nas bolsas para soluções e sangue,
embalagens cirúrgicas, conjunto IV, dispositivos para
diálise, cateteres, conectores e cânulas. Polietileno (PE)
nas Bolsas para soluções e sangue, embalagens
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cirúrgicas, conjunto IV, dispositivos para diálise,
cateteres, conectores e cânulas.
Recentemente, um número expressivo de publicações
científicas utilizando quitosana e suas modificações
estruturais têm discutido vários aspectos das aplicações
biomédicas deste biopolímero, principalmente na
engenharia de tecidos, liberação de fármacos e
biossensores para diagnósticos clínicos. Estes
biomateriais apresentam características mecânicas,
físico-químicas e propriedades funcionais especiais
(LARANJEIRA & FÁVERE, 2009).
Existem diversos relatos na literatura de experimentos
que visam à reprodução total ou parcial de estruturas
anatômicas humanas, seja para terapia ou para
reconstrução. Em franca expansão, os produtos
preparados pela engenharia de tecidos (TEPs – TissueEngineered Products) estão em fase de aprovação pelo
Food and Drug Administration (FDA) (LYSAGHT &
HAZLEHURST, 2004).
Nos últimos anos, mundialmente são descritos
experimentos que visam à reprodução total ou parcial
de estruturas anatômicas humanas, como por exemplo:
tecido hepático, dente, mandíbula, nervos periféricos,
válvulas e ductos urológicos, menisco, vasos e
regeneração de tecido ósseo (KULIG & VACANTI,
2004).
Dentre os inúmeros requisitos que devem ser satisfeitos
para que os materiais sejam aplicados como matrizes
na engenharia de tecidos incluem-se: (i) estrutura
tridimensional com alta porosidade de macroporos
(diâmetros da ordem de 100 mm) interconectados para
que haja migração celular e nutrição em todo o
material; (ii) composições biodegradáveis ou
reabsorvíveis, com taxas de degradação e reabsorção
controladas compatíveis com o crescimento da
célula/tecido in vitro ou in vivo, (iii) superfície bioativa
para promover adesão, proliferação e diferenciação
celular; (iv) propriedades mecânicas adequadas às
condições fisiológicas e ao tecido substituído, assim
como os tecidos vizinhos; (iv) boa distribuição espacial
e uniformidade de estrutura para promover
ancoramento homogêneo de células e; (v) ser
facilmente processado em grande variedade de formas
e tamanhos (OLIVEIRA et al,2007).
1.4 Biomateriais E Alimentos Funcionais
Investigações têm sido realizadas no sentido de
descobrir possíveis propriedades funcionais de
alimentos associadas na prevenção e tratamento de
várias doenças, como aterosclerose, diabetes, doenças
cerebrais e câncer. Destacam-se os lipídios da classe
dos terpenos e o ácido ascórbico (vitamina C) em frutas
cítricas; os isoflavonóides da soja; os tocotrienóis
(vitamina E) de grãos de cereais e vegetais; os
polifenólicos do gengibre e dos chás (verde e preto); o
licopeno do tomate, da melancia e da goiaba; as
antocianinas do feijão, da cereja, da amora, da uva e do
morango; a quercetina na cebola, no brócolis, na uva
vermelha (vinho), na cereja, na maçã e em certos
cereais; o resveratrol das cascas das uvas, além da
atividade antioxidante do alecrim, da sálvia, do tomilho
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e do orégano (CRAIG & BECK, 1999;
WEISBURGER, 1999; FERRARI, 2005).
Embora os alimentos funcionais tenham sido
relacionados com estimulação da resposta imunológica
e a um potencial benefício para o organismo, deve se
considerar que o sistema imunológico, especificamente
o de mucosa intestinal, possui uma anatomia e
fisiologia única que visa proporcionar respostas imunes
tolerantes aos antígenos alimentares (BARRY et al,
2008).
O trato gastrointestinal humano é diariamente
apresentado a uma enorme carga antigênica em
potencial, sob a forma de bactérias comensais e
antígenos dietéticos, entre eles os provenientes de
alimentos. A mucosa intestinal compreende um dos
maiores tecidos do sistema imune e apresenta-se no
intestino com uma arquitetura altamente elaborada.
Além da sua distinta arquitetura, as células imunes
especializadas do trato gastrointestinal ajudam na
promoção da resposta tolerogênica a antígenos
introduzidos por via oral.
A IgA secretória (SIgA), que é produzida em
quantidades apreciáveis nas mucosas, também
promove um ambiente anti-inflamatório por
neutralização de antígenos. Este tecido é
constantemente desafiado por antígenos provenientes
de vários nutrientes, íons e líquidos que atravessam a
mucosa intestinal (SCHENK and MUELLER, 2008).
O sistema deve ser capaz de discriminar entre
antígenos que exigem uma resposta imune protetora e
antígenos, como os de alimentos, que necessitam
desenvolver um estado de não resposta imunológica.
Esta característica da resposta imune de mucosa,
conhecida como tolerância oral, não só é um
importante processo homeostático, mas também pode
ser utilizada como um potencial terapêutico
(KAPPLER, 1987, KISIELOW 1988, PALMER, 2003
STARR, 2003, BARRY et al., 2008).
2 METODOLOGIA
Trata-se de um estudo de revisão bibliográfica. O
levantamento foi realizado em sites científicos de busca
como: Bireme, Medline, Scielo e Periódicos Capes
publicados nos últimos anos, referentes à medicina
regenerativa, nanotecnologia, alimentos funcionais e
sua aplicação na saúde, com o direcionamento para
biomodulação, biomateriais seus avanços.
3 CONSIDERAÇÕES FINAIS
Na contemporaneidade, o progresso das ciências
aplicadas e da biotecnologia tem conduzido tentativas
de se desenvolver uma engenharia de controle dos
processos biológicos. Neste contexto, a resposta do
sistema imune aparece, muitas vezes, como um
obstáculo à vontade de controle do processo vital.
Entendemos que uma melhor compreensão da
biocompatibilidade e suas relações com a modulação
de respostas imunológicas, dos aspectos temporais dos
mecanismos
de tolerância
e ativação, do
reconhecimento e manutenção do que é próprio e não
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próprio, são desafios a serem superados, visando
componentes de sistemas estáveis.
Os riscos e benefícios destes materiais e as novas
tecnologias a eles empregadas tem trazidos avanços na
evolução da medicina e paralelamente a este avanço
vimos crescer o lixo das nanotecnologias, das
biotecnologias.
Baseada em conhecimentos multidisciplinares, na área
de saúde, polímeros, próteses e alimentos funcionais
depende da combinação de técnicas da ciência e
engenharia dos materiais, medicina e biologia celular e
molecular. Assim, a formação de centros e grupos
multidisciplinares demonstra ser uma necessidade para
a ampliação de pesquisas relacionadas à área
biomateriais.
MIGUEL, A. R. B.;NUNO, C. S.liposomes has the
magic bullet hit the target.mht. .química nova ,vol
25,n- 6b,1181-1185,2002.
OLIVEIRA, A. A. R.; OLIVEIRA, J. E.; ORÉFICE, R.
L.; MANSUR, H. S.; PEREIRA, M. M. Avaliação das
propriedades mecânicas de espumas híbridas de
vidro bioativo/álcool polivinílico para aplicação em
engenharia de tecidos. Matéria (Rio J.) vol.12. n.1.
Rio de Janeiro. 2007.
PARTRIDGE, K.; YANG, X.; CLARKE, N. M. P.;
OKUBO, Y.; BESSHO, K.; SEBALD, W.; HOWDLE,
S. M.; SHAKESHEFF, K. M.; OREFFO, R. O. C.;
Biochem. Bioph. Res. Co. 2002, 292, 144.
4. REFERÊNCIA BIBLIOGRÁFICA
BARBANTI, S. H.; ZAVAGLIA, C. A. C. DUEK, e.
A. R.. Polímeros Bioreabsorvíveis na Engenharia de
Tecidos. Polímeros: Ciência e Tecnologia, vol. 15, n°
1, p. 13-21, 2005.
CHACHQUES, J. C.; TRAININI, J. C.; LAGO, N.;
CHRISTEN, A.; MASOLI, O. H.; BARISANI, J. L.;
CORTÉS-MORICHETTI, M.; SCHUSSLER, O.;
CARPENTIER, A. Asistencia y regeneración del
miocardio combinando terapia celular e ingeniería
de tejidos. Resultados del estudio clínico
MAGNUM. Insuf. card. v.3 n.1 Ciudad Autónoma de
Buenos Aires ene./mar. 2008.
SANTOS JR, A. R.; WADA, M. L. F. Polímeros
biorreabsorvíveis como substrato para cultura de
células e engenharia tecidual. Polímeros vol.17 no.4.
São Carlos Oct./Dec. 2007.
SANTOS, L. a et al influence of polymeric assitives
on the mechanical properties of a-tricalcium
phosphate cement. Bone v.25; p.99-102, 1999.
SHIN, H.; JO, S.; MIKOS, A. G. Biomaterials. 24,
p.4353 (2003).
WILLIAMS, D.F. Dictionary of biomaterials.
Liverpool: liverpool university press p.42, 1999.
DOLATASHAHI-PIROUZ, A.; RECHEMDORFF, K.;
HOVGAARD, M.B.; FOSS, M.; CHEVALLIER, J.&
BESEMBACHER, F.-Colloids end Surfaces B:
Biointerfaces, 66, p.53(2008).
FONSECA, C. H.; de PAULO, B. O.; OLIVEIRA, I.
G.; GOMES NETTO, L. A.; santana, L. C.; CHAVES,
P. H. L. Compatibilidade de compósitos
biologicamente ativos implantes de tecidos ósseas
traumáticos. Coletânea, Belo Horizonte, v.2, n.2, p.
102-111, abr/set. 2008.
KREFT, I., et al Rutin content in buckwheat
(Fagopyrum esculentum Moench) food materials and
products. Food Chemistry v.98; p. 508–512, 2006.
KULIG, K. M. & VACANTI, J. P. Transpl.
Immunol., 12, p.303 (2004).
YANG, P.; LIPOWSKY, R; DIMOVA, R. Formação
de nanopatículas em vesículas gigantes :síntese em
compartimentos
biomiméticos.small2009,5,n0
18.2003-2037.
LARANJEIRA, M. C. M. & FÁVERE, V. T.
Quitosana: biopolímero funcional com potencial
industrial biomédico. Quim. Nova, Vol. 32, No. 3,
672-678, 2009.
LYSAGHT, M. J. & HAZLEHURST, A. L. – Tissue
Eng., 10, p.309 (2004).
On-line http://revista.univar.edu.br
ISSN 1984-431X
Interdisciplinar: Revista Eletrônica da Univar (2012) n.º8 Vol – 1
p. 87 -90