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Aplicação de Nanomateriais na Engenharia de Tecidos Biológicos

Projeto Final desenvolvido para a disciplina Nanociência e Nanotecnologia
by

Isabella Pirani

on 27 March 2013

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Transcript of Aplicação de Nanomateriais na Engenharia de Tecidos Biológicos

Aplicação de Nanomateriais
na Engenharia de Tecidos
Biológicos Nanotecnologia, uma ciência multidisciplinar;
Aplicação de nanomateriais na Engenharia de Tecidos;
Produção de pele humana e polímeros bioreabsorvíveis como suporte para a cultura de células;
Perspectivas futuras e sugestões; Produção de pele humana
(matrizes de nanofibras) Polímeros Bioreabsorvíveis
como suporte para a cultura de células Nanociência > Nanotecnologia
POR QUE?
Materiais na escala nanométrica apresentam propriedades químicas e físicas diferentes da escala micro e macro. Produção de pele humana
(matrizes de nanofibras) Electrospinning (eletrofiação):

A nanofibra é produzida e depois de
pronta recebe a cultura das
células-tronco. Electrospinning associado ao electrospraying:

As células-troncos são incorporadas no meio das nanofibras à medida que a matriz ainda esta em
processo de fabricação. Se garante a
tridimensionalidade do biomaterial com a
inserção das células desde o início do
procedimento. Em nossa primeira aplicação, foram obtidos
através de nanofibras fabricadas a partir do uso de polímeros bicompatíveis e biodegradáveis;

Essas matrizes podem ser obtidas por
outra técnica de fabricação de nanomateriais,
conhecida como (FDM) Fused Deposition
Modeling: é baseada na extrusão de
filamentos de plásticos aquecidos; Nanomateriais na área
da saúde:

BIONANOTECNOLOGIA

Propriedades em escala molecular;
Aplicações de nanoestruturas biológicas; Criação e regeneração de órgãos e tecidos vivos com maior afinidade pelo tecido original;

Crescimento de células em arcabouços (scaffolds) artificiais de polímeros biodegradáveis ou hidroxiapatita em películas biossintéticas. VERTENTES:

Engenharia de Tecidos;
Nanomedicina;
Biomoléculas para sensores;
Descoberta de novos medicamentos;
Motores Moleculares; O processo acontece a partir do recrutamento do tecido do próprio paciente;

As células são cultivadas sobre suportes biológicos ou sintéticos (scaffolds) para que sejam reenseridas no paciente; scaffolds células do paciente cultivo sobre o suporte biológico reinserção no paciente I - Seleção e processamento de suporte;
II - Inoculação da população celular sobre o suporte;
III- Crescimento do tecido prematuro;
IV- Crescimento do tecido maturado em sistema fisiológico (biorreator);
V- Re-implante cirúrgico;
VI- Assimilação do produto; O avanço na engenharia de tecidos se deve em muito, a atuação da nanotecnologia, que permite maior eficiencia na criação dos scaffolds (biomateriais), por exemplo.



A engenharia tecidual ainda enfrenta alguns desafios: substituição da Matriz Extracelular Original, que pode influenciar no comportamento e na adesão celular.
A associação da nanotecnologia e da medicina regenerativa, através da combinação do uso de nanofibras e células-tronco, vem quebrando paradigmas.

Trás esperança para regeneração de tecidos danificados por doenças como:
Câncer;
Diabetes;
Lesões medulares;
Queimaduras e outras. Electrospinning (Eletrofiação) Técnica que "desenha" as
fibras em nanoescala, utilizando- se da interação de cargas elétricas;

Aplica-se um campo elétrico elevado a uma solução do polímero contida dentro
de um capilar (seringa, por
exemplo); Eletrofiação * A tensão
superficial torna-se
completamente superada neste
momento, pela força da placa
eletricamente carregada e pelos finos
fios de polímeros líquidos que começam
a se formar (num formato em espiral);
*Conforme começam a se esticar, eles crescem
mais finos em um processo chamado de
chicotadas, que lembra o movimento de um
arco elétrico através do ar;
*Os filamentos são transportados
através do ar e são recolhidos
na tela. *Solução polimérica
é injetada dentro da seringa;

*Na ponta da agulha é conectada
uma fonte de alta tensão a qual é submetida
a solução, formando um campo elétrico;

* A solução polimérica é eletricamente carregada por meio de um eletrodo de fio imerso no líquido;
(esse eletrodo também se conecta a placa coletora)
* Quando o campo elétrico se torna maior do que a tensão superficial da solução, esta sai na forma de um jato do capilar, devido às instabilidades de
origem viscoelástica e divide-se
em milhares
de nanofibras; É um método
de atomização de
líquido, por meio de forças
elétricas. O líquido que flui
para fora do bico capilar é
mantido a um alto potencial
elétrico e é forçado pelo campo
elétrico para ser disperso em
gotas finas. Tem
vantagens sobre
atomizadores mecânicos,
uma vez que as gotas são
carregadas;

É possível controlar como
será formada e qual será o
tamanho da gotícula; Electrospraying (Eletropulverização) Electrospinning com associação da técnica do Electrospraying O objetivo
desta associação é
garantir a tridimensiona-
lidade do biomaterial, com
inserção das células-tronco
desde o início do
procedimento; Enquanto o
electrospinnig forma
a nanofibra e, essa vai
sendo coletada na placa, o
electrospraying será
responsável por injetar as
células-tronco no molde de
nanofibra que ali esta
sendo formado. A técnica
envolve a expansão
IN VITRO de células viáveis
de um paciente doador
sobre suportes de polímeros
bioreabsorvíveis. O suporte se
degrada enquanto um novo
órgão ou tecido é
formado. O primeiro passo a
ser dado para se
reconstruir um órgão ou
tecido é selecionar o suporte
desta célula, ou seja, o que
vai sustenta-la. Em nossa
primeira aplicação,
foram obtidos através
de nanofibras. E a fabricação
destas nanofibras se deram a
partir do uso de polímeros
biocompatíveis e
biodegradáveis. Agora veremos
estas matrizes obtidas
por outra técnica de
fabricação de nanomateriais,
conhecido como (FDM) Fused
Deposition Modeling que é
baseado na extrusão de
filamentos de plásticos
aquecidos. Polímeros Bioreabsorvíveis como suporte para a
cultura de células FDM *A máquina FDM possui um cabeçote
que se movimenta no plano horizontal (plano xy) e uma plataforma que se
movimenta no sentindo vertical (eixo z).

*No cabeçote, fios de material termo-plástico que são forçados por guias rotativas a atravessarem dois bicos extrusores aquecidos. *Um bico recebe material para a construção
do objeto 3D, enquanto outro recebe materi-
al para ser utilizado como suporte para a fabricação de superfícies suspensas ou com-
plexas.
*O cabeçote movimenta-se no plano xy en-
quanto as guias rotativas empurram o fio
para o interior do bico extrusor fazendo com
que o material seja aquecido, extrudado e depositado; Ao final de cada camada a plataforma se
desloca para baixo, com uma distância i-
gual à espessura de camada, e o cabeço-
te começa a extrudar novos filamentos
para construir uma nova uma camada
sobre a anterior, repetindo este procedi-
mento até formar por completo o obje-
to 3D. Primeira aplicação:
Já é usada para regeneração
e de produção da pele para serem
usadas em locais que tiveram pro-
blemas de má formação cutânea e
sofreram deformações devido a quei-
maduras de alto grau.
Expectativa: regeneração de
tecidos danificados por doenças
como: câncer, diabetes, lesões
medulares entre outros. Segunda aplicação:
Importantes para que o
paciente que recebe o implante
não tenha complicações por
rejeição de componentes presentes no implante. Sendo que estes polímeros bioreabsorvíveis
diminuem com o tempo, e
são eliminados totalmente do
corpo após um período. CONCLUSÕES
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