AULA SOBRE INTERESSE DA BIOMÉDICA IMPLANTES

IMPLANTES ATUAIS

1. BIOTECNOLOGIA EM SAÚDE
ESPECIALIZAÇÃO EM SAÚDE PÚBLICA
PROFª DRª. ELZA MONTEIRO LEÃO FILHA

2. BIOMATERIAIS

3. BIOMATERIAIS
DESENVOLVIMENTO E APLICAÇÕES

4. Biomateriais tem contribuído
significativamente para avanços na medicina
moderna
procedimentos clínicos que utilizam biomateriais para
restaurar ou substituir órgãos e/ou tecidos lesados
dispositivos para realização de exames
sistemas para assistência cirúrgica
Implantes temporários ou permanentes

5. DEFINIÇÕES EM
BIOMATERIAIS

6. Sociedade Européia de Biomateriais
Conferência de Consenso,
Chester, Inglaterra, março / 86

7. BiomaterialBiomaterial
BiocompatibilidadeBiocompatibilidade
Um material não viável utilizado em um dispositivo médico,
com intenção de interagir com sistemas biológicos.
A capacidade de um material induzir uma resposta apropriada
do hospedeiro em uma aplicação específica.

8. Órgão artificialÓrgão artificial
Um dispositivo médico que substitui, em parte ou no todo, a
função de um dos órgãos do corpo.
Um dispositivo médico feito de um ou mais biomateriais que é
intencionalmente inserido dentro do corpo, seja total ou
parcialmente, sepultado abaixo da superfície epitelial.
ImplanteImplante

9. Dispositivo médicoDispositivo médico
Um instrumento, aparelho, implemento, máquina, dispositivo,
reagente “in vitro”, ou outro artigo similar ou relacionado,
incluindo qualquer componente, parte ou acessório, que é
planejado para uso no diagnóstico de doença ou outras
condições, ou na cura, alívio, tratamento ou prevenção de doença
humana.
Um dispositivo que substitui um membro, órgão ou tecido do corpo.
PrótesePrótese

10. São os materiais e artigos de uso médico ou
odontológico, destinados a serem introduzidos
total ou parcialmente no organismo humano ou
em orifício do corpo, ou destinados a
substituir uma superfície epitelial ou
superfície do olho, através de intervenção
médica, permanecendo no corpo após o
procedimento por longo prazo, e podendo ser
removidos unicamente por intervenção
cirúrgica.
Materiais e artigos implantáveis
ANVISA port. 2043/94, 686/98

11. Onde são usados ?

13. oftalmologia

14. 41
Pálpebra: retração, perda
de tecido periorbitário
Fios, tubos, placas,
lâminas, esponjas
Silicone, nylon, tefron, dracon, polietileno
poroso, PLLA, HAp, PMMA, enxerto
autólogo
Vias lacrimais Plugs, inserts, tubos
e stents
Silicone, celulose, vidro pyrex, malha de
aço
Orbita: fraturas, cavidades
anolftálmicas
Fios, gel, placas,
folhas, lâminas ,
parafusos, esferas
Aço, titânio, silicone, PTFE, HAp,
biocerâmicas, enxerto dermoadiposo
autólogo
Lentes intra-ocularesLente ótica Silicone, acrílicos, hidrogéis, collamer®
Outros: vitreo, córnea,
retina, esclera
vários

15. Ortopedia

16. Cardiologia

17. 36

18. Odontologia

19. Diversos

20. Histórico

21. Nesta mumia de 3000 anos de
idade, há evidências de que um
médico egípcio antigo criou
essa prótese para ajudar um
paciente enfermo - neste caso,
uma mulher de 50 a 60 anos,
cujo dedo foi amputado ou
perdido em um acidente. O
"biomaterial" que ele usou era
madeira.

22. HISTORICAMENTE, BIOMATERIAIS ERAM
COMUNS PARA MÉDICOS E SACERDOTES
1.Ouro foi usado como reparo dental por chineses,
astecas e romanos a até 2000 anos atrás.
2.Já em 1775, ferro e latão foram eram usados para
reparo de fêmur fraturado.
3.O primeiro olho de vidro foi produzido em 1832 pelo
vidreiro Ludwig Müller-Uri em Lauscha, Alemanha.
4.Indígenas da America central e Africa utulizavam
pinças de formigas para costura de ferimentos.
5.George Washington (1732-1799) tinha dentes de
marfim.

23. Retrato de George Washington
pelo artista americano Gilbert
Stuart

24. Os dentes falsos de George
Washington em vista em Nova
York têm dentes colocados em
estruturas metálicas
articuladas, operados com um
mecanismo de abertura com
mola. (Tesouros de Mount
Vernon: George Washington
Revealed, NY, 1999). Um dos
dentes é o próprio de
Washington. Os outros foram
esculpidos em "biomateriais",
dente de vaca e marfim de
hipopótamo, pelo dentista Dr.
John Greenwood em 1793.

25. Dizem que George Washington parece
desconfortável com o dólar americano devido à dor
causada por seus dentes postiços. Atualmente,
especula-se que o mecanismo da mola exigia que
GW forçasse a boca fechada, o que explica a
expressão no rosto.

26. Biomateriais – 1
a
geração
 Primeiros biomateriais
Uso de ouro e marfim na reposição de
dentes, vidro para reposição do globo
ocular, aço ou madeira para confecção de
próteses de membros

27. Biomateriais - 2
a
geração
 Uso de materiais estruturais
Aproveitamento de materiais avançados,
desenvolvidos para outras aplicações (indústria
automobilística e aeronáutica)
Ex. ligas de titânio na ortopedia, lentes
acrílicas, dracon para enxerto de vasos, teflon
em próteses ortopédicas)

28. Biomateriais - 3
a
geração
Aprimoramento
Desenvolvimento de materiais com
características específicas de acordo com
a aplicação.
Ex. PEUAPM para superfícies articulares,
válvulas cardíacas e marcapassos

29. Biomimética & Engenharia de Tecido
Biomimética - Busca a reprodução de
formas e/ou função de tecidos biológicos
Engenharia de tecido - Emprega a
tecnologia de materiais para desenvolver
estruturas que sejam capazes de servir
como substrato para cultivo de células “in
vitro” de forma a desenvolver novo
tecido.
Biomateriais - 4
a
geração

30. DESENVOLVIMENTO EM DESENVOLVIMENTO EM
BIOMATERIAISBIOMATERIAIS

31. Desenvolvimento de novos materiais e
aplicação de materiais avançados em áreas
biomédicas
Pesquisas
Busca por dispositivos que apresentem melhor
desempenho;
Busca por alternativas que levem à redução de
custos com manutenção de pacientes em hospital;
Desenvolvimento e marketing (pressão de
mercado para novos materiais e dispositivos).

32. Mercad
o

33. Demanda
Aproximadamente 900.000 de danos
trumáticos a cartilagem
Nos EUA, anualmente:
Cerca de 800.000 pacientes são
hospitalizados com fraturas ósseas que
requerem intervenções cirúrgicas empregando
dispositivos de osteossíntese
Cerca de 2,6 milhões de pacientes são
acometidos de lesões da pele de difícil
cicatrização
www.fibrogen.com

34. Biomateriais: mercado crescente
Enxertos ósseos
$ 87.8 M (1997)  $ 950 M (2020)
Tendões e ligamentos
$ 5 M (1997)  $ 500 M (2020)
fonte: MD&DI, nov/2000
Dispositivos cardiovasculares
$ 1.7 B (1995)  $ 120 B (2020)

35. Planejamento do desenvolvimentoPlanejamento do desenvolvimento
Conhecer as relações entre estrutura - função do
tecido/órgão em questão;
Definir as propriedades alvo para o
material/dispositivo em desenvolvimento;
Conhecer as condições fisiológicas relacionadas a
função do tecido/órgão em questão;
Planejar os ensaios de caracterização para avaliação
da biocompatibilidade do material/dispositivo em
desenvolvimento;

36. QUEM PODE TRABALHAR
NA ÁREA DOS
BIOMATERIAIS?
CIÊNCIA E ENGENHARIA
BIOLOGIA E FISIOLOGIA
CIÊNCIAS CLÍNICAS
FÍSICOS
QUÍMICOS
ENGENHEIROS
BIÓLOGOS VETERINÁRIOS
FARMACÊUTICOS
TODAS ESPECIALIDADES
CLÍNICAS
• dentista
• neurocirurgia
• otorrinolaringologista
• cirurgia plástica e
reconstrutiva
• oftalmologia
• veterinária
• cirurgia cardiovascular
• etc...

37. Caracterização / avaliação de BiomateriaisCaracterização / avaliação de Biomateriais
Importância da reprodução das condições de
solicitação in vivo
fluidos : plasma sanguíneo, fluido sinovial, saliva
solicitações : tração, compressão, flexão, desgaste
(estática ou dinâmica, ordem de grandeza e
frequência)

38. Caracterização / avaliação de BiomateriaisCaracterização / avaliação de Biomateriais
Propriedades físico químicas
Ensaios in vitro - cultura de células
Ensaios in vivo - animais
Testes clínicos - pacientes

39. Propriedades físico químicas
Estrutura química
Morfologia (porosidade, formato, arranjo
estrutural)
Características superficiais  determinam
interação com tecidos vizinhos
propriedades mecânicas  determinam o
desempenho da função do tecido e/o órgão
Processamento
processo de confecção : controlar parâmetros
determinantes das propriedades, custo
esterilização : podem alterar estrutura química

40. Avaliação do desempenho biológico
 Testes in vitro
constituem a primeira etapa na seleção de materiais

Hemocompatibilidade (ASTM F756)

Citotoxicidade (ASTM F813, F895)

41.  Citotoxicidade
Material ou extrato + células  avaliação do crescimento celular e
viabilidade celular

42.  Testes in vivo
Avaliação do desempenho biológico e funcional
Permitem avaliar a resposta do tecido hospedeiro ao
implante do material e o desempenho funcional do
implante ao longo do tempo

43. Implantes subcutâneo - ASTM F-1408
Implante intramuscular - ASTM F-763
Implante de longa duração (músculo ou osso) -
ASTM F-891
Desempenho biológico - planejado de acordo
com aplicação
 Testes in vivo

44. Testes imunológicos - ASTM F-710, F-720,
F-749, F-750
Mutagenicidade - ASTM E-1262, E-1280
Pirogenicidade - USP Rabbit Test, USP
bacterial endotoxin test
Carcinogenicidade - ASTM F-1439
Processo inflamatório (agudo / crônico)
Desempenho funcional
 Testes in vivo

45. Testes a serem realizados em um desenvolvimento ?
Testes que estabeleçam um nível razoável de
confiança quanto à resposta biológica do tecido
hospedeiro ao material/dispositivo em questão
ASTM F-748 - seleção de testes biológicos
para materiais e dispositivos

46. ISO — International Standards Organization
ISO/TR 10993 - Biological evaluation of medical devices
ISO/TR 7405 - Biological evaluation of dental materials
Normas internacionais
ASTM - American Standard Test Materials
Medical devices - volume 13.01
AAMI — Association for Advancement of Medical
Instrumentation
ANSI — American National Standards Institute

47. Classes de materiaisClasses de materiais

49. Metais

50. Metais

51. Tratamento de doenças
vasculares: STENTS
37

53. VANTAGENS DOS METAIS COMO BIOMATERIAIS
Apresentam elevado valores de resistência
mecânica (capacidade para sustentação de
cargas)
Permitem a confecção de peças em diferentes
formatos

54. DESVANTAGENS DOS METAIS COMO BIOMATERIAIS
Os valores de E são muito superiores aos do osso,
não permitindo as vezes que o osso fixado receba
estímulo mecânico
E osso = 3 a 20 GPa E metal = 270 GPa

Sofrem corrosão:
Os produtos da degradação dos implantes têm sido
associados a complicações como osteólise,
inflamações, reações alérgicas e vasculites,
podendo ainda ocasionar o acúmulo de íons
metálicos em órgãos, teratogenicidade e câncer.

55. Cerâmicas

56. Cerâmicas

58. Tipos de biocerâmicas
Bioinertes
Bioativas
Reabsorvível
Material que induz cresicmento tecidual
(osteoindução / osteocondução)
Material que biodegrada no organismo, sendo que os
produtos da degradação são metabolizados sem
causar efeitos nocivos
Material que permanece no organismo sem induzir
resposta tecidual significativa

59. Polímeros

60. Vantagens do uso de biomateriais poliméricos
Facilidade de fabricação em diversos formatos, permitindo bom
acabamento;
Elevada eficiência dos processos de fabricação, permite elevada
produtividade;
Diversidade de propriedades;
Baixa densidade;
Baixo consumo energético p/ processamento;
Resistência a corrosão
Comportamento elastomérico;
Possibilidade de polimerização “in situ”;

61. DESAFIOS

62. Ortopedia – juntas artificiais

63.  Polietileno de Ultra Alto Peso Molecular - PEUAPM
em superfícies articulares
Aumentar a resistência ao
desgaste

64.  Cimento ortopédico
Diminuir a liberação de calor
durante a cura

65.  Osteossíntese - Dispositivos reabsorvíveis
propriedades mecânicas;
controle da taxa de reabsorção

66.  Osteossíntese – cola biológica

67.  Ligamento artificial
Biomaterial similar ao
ligamento natural;
Inserção ligamento - osso

68.  cartilagem articular
•Cartilagem
artificial
 capacidade amortecimento;
 lubrificação;
 resistência ao desgaste;
 fixação aos tecidos vizinhos

69. Oftalmologia
 Lente intraocular
mínima intervenção;
reduzir opacificação

70.  Enxerto de vasos
 elasticidade
 não trombogênico
 adesão (cola )

71.  Catéteres e outros dispositivos
Reduzir infecção devido à entrada de microorganismos

72. ENGENHARIA DE TECIDOS

73. Engenharia de tecidos
Àrea emergente considerada futuro da medicina
Refere-se ao uso dos princípios e métodos da
engenharia e ciências da vida para entender os
fundamentos das relações estrutura-função de
tecidos normais e patológicos e assim fundamentar o
desenvolvimento de substitutos biológicos para
restaurar, manter ou melhorar funções de
diferentes tecidos ou órgãos.
National Science Foundation Workshop, 1988

75. Representa o “casamento” entre a biologia celular e a engenharia
de materiais que visa manipular e reconstituir tecidos ou órgãos
lesados.

76. Pele artificial

77. Engenharia de tecidos - perspectivas

78. Biomateriais
onde obter informações

79. SLABO
Sociedade Latino Americana de Biomateriais
e Órgãos Artificiais
www.slabo.org.br

80. BIOMAT NET
www.biomat.net

81. TISSUE ENGINEERING SOCIETY
www.teinternational.org

82. TISSUE ENGINEERING
www.tissue_engineering.net

83. Bibliografia
1. BOSCHI, A.O. O que é necessário para que um material possa ser considerado um biomaterial. In:
Congresso Anual da ABM, 50. 1995. São Pedro, SP, Brasil.
 
Anais... 
São Pedro: ABM, 1995. v.6, p.43-53.
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3. GIORDANI, E.J.
 
Propriedades e mecanismos de nucleação de trincas por fadiga em meio neutro e meio
fisiológico artificial de dois aços inoxidáveis austeníticos utilizados como biomateriais. Campinas:
FEM/UNICAMP, 2001. (Tese de Doutorado).
4. OROZCO, C.P.O., ALONSO-FALLEROS, N., TSCHIPTSCHIN, A.P. Estudo da resistência à corrosão dos
diferentes tipos de aços inoxidáveis austeníticos utilizados em implantes cirúrgicos. In: congresso Anual da
ABM, 58. Rio de Janeiro, Brasil, 2003. Anais em CD ROM.
5. VILLAMIL, R.F.V. et alii. Comparative electrochemical studies of ISO 5832-9 and F 138 stainless steels in
sodium chloride, pH = 4.0 medium, ASTM STP 1438 G. In: WINTERS, L., NUTT, M. J. (Ed.).
 
Americam
Society for Testing and Materials 
West conshohocken, PA, 2003.
6. RONDELLI, G., VICENTINI, B., CIGADA, A. Localized corrosion tests on austenitic stainless steels for
biomedical applications.
 
British Corrosion Journal, v.32, n.3, p.193-196, 1997.
7. CAHOON, J.R., BANDYOPADHYA, R., TENNESE, L. The concept of protection potential applied to the
corrosion of metallic orthopedic implants.
 
Journal of Biomedical Materials Research, v.6, p.259-264, 1975.
8. GIORDANI, E.J., JORGE Jr., A.M., BALANCIN, O. Evidence of strain-induced precipitation on a Nb- and
N-bearing austenitic stainless steel biomaterial.
 
Materials Science Forum, v.500, p.179-186, 2005.
9. NYSTRÖM, M. et alii. Influence of nitrogen and grain size on deformation behaviour of austenitic stainless
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Materials Science and Technology, v.13, n.7, p.560-567, 1997.
10. STOLTZ, R.E., VANDER SANDE, J.B. The effect of nitrogen on stacking fault energy of Fe-Ni-Cr-Mn
steels.
 
Metallurgical Transactions A, v.11, p.1033-1037, 1980.

84. APRESENTAÇÃO AVALIATIVA EM FORMA DE ARTIGO
TÉCNICO ( PESQUISA BIBLIOGRÁFICA) - TEMAS
•BIOMATERIAL METÁLICO.
•BIOMETARIAL POLIMÉRICO.
•BIOMATERIAL CERÂMICO..
•BIOMATERIAL COMPÓSITO.
•DEGRADAÇÃO DE BIOMATERIAL:

85. Obrigada !
Dúvidas ?