LISTA DE EXERCÍCIOS Biomateriais

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LISTA DE EXERCÍCIOS 
1. Utilize seus conhecimentos da aula 1 e II e dos resumos enviados e desenvolva uma estratégia para separar os materiais de acordo com seu histórico em gerações como abordado na aula 2.
Os biomateriais são divididos em quatro gerações. 
Primeira geração de biomateriais. Uso de ouro e marfim na reposição de dentes, vidro para reposição do globo ocular, ao ou madeira para confecção de próteses de membros. A Segunda geração fez o 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)
A Terceira geração aprimorou o desenvolvimento de materiais com características específicas de acordo com a aplicação. Ex. PEUAPM para superfícies articulares, válvulas cardíacas e marcapassos a terceira geração lida com a regeneração de tecidos ou engenharia de tecidos (visando a restauração de tecidos vivos), sendo desenvolvidos com características específicas de acordo com a aplicação. A quarta geração trata da biofabricação ou bioimpressão. 
2. Descreva particularidades de cada uma das 4 gerações dos biomateriais exemplificando em termos de associação com avanços científicos e tecnológicos.
A primeira geração se mostra empírica e ancestral, onde a necessidade e não o design, era responsável pelo uso do biomaterial. Sendo a era do aço, ouro, vidro, madeira, entre outros. Ou seja, utilizados materiais majoritariamente naturais. 
A segunda geração é compreendida, até meados do século XX e inclui metais e ligas de titânio para implantes dentários, ortopédicos de cobalto-cromo-molibdénio, lentes acrílicas, entre outros.
A terceira geração tem como característica a produção de materiais capazes de estimular respostar celulares específicas no nível molecular, sendo produzidos com formas variadas (partículas, filmes, fios, dentre outros). Essa geração tem como exemplo os polímeros para superfícies articulares, válvulas cardíacas e marcapassos. 
A quarta geração envolve a biomimética, que busca a reprodução de formas e/ou função de tecidos biológicos, e a engenharia de tecidos, que visa desenvolver biomateriais com estrutura tridimensional que sirvam de suporte físico estrutural e que afetam a fisiologia celular, afim de desenvolver um novo tecido. 
3. Qual a importância do desenvolvimento de biomateriais em termos de mercado? Elabore a sua explicação de acordo com o conteúdo repassado em sala de aula.
Nas últimas décadas, o setor de biomateriais não só cresceu em número de produtos disponíveis e em desenvolvimento, mas também avançou economicamente de maneira significativa. Seu impacto na melhoria da qualidade da vida humana é inegável e sua contribuição futura deve ser numericamente mais elevada, tendo em vista a tendência bem estabelecida de envelhecimento populacional. O mercado de biomateriais se mostra bastante expressivo tanto em termos de números de unidade comercializadas anualmente quanto da movimentação financeira observada, podendo ser seguimento em dois diferentes critérios. O primeiro refere-se aos tipos de compostos dos quais os biomateriais são constituídos que inclui: os metais, as cerâmicas, os polímeros e os materiais de origem natural. O segundo critério se baseia na forma de aplicação do biomaterial, podendo ser de uso ortopédico, cardiovascular, odontológico, oftalmológico, engenharia tecidual, cirurgia plástica, tratamento de lesões e do sistema nervoso central. O intenso crescimento do mercado de biomateriais está relacionado ao envelhecimento da população mundial, o aumento do poder aquisitivo e as melhorias tecnológicas na abordagem de doenças anteriormente vistas como não tratáveis. 
4. Descreva sucintamente dando exemplos de como funciona a atual ciência de biomateriais em termos de equipe multidisciplinar.
As areas de Medicina, Odontologia, Biologia, Engenharia, Física e Química tem destaque na ciência dos biomateriais apresentando grande evolução, graças ao desenvolvimento científico e tecnológico multidisciplinar. No decorrer das últimas décadas um significante aumento na utilização dos biomateriais, justificado pelo aumento da expectativa de vida da população e, consequentemente, ao elevado índice de traumas e doenças que demandam a necessidade de se realizar tratamentos cada vez mais eficazes. Isso tudo está aliado a grande concorrência entre as corporações industriais de inovação tecnológica, principalmente no campo da nanotecnologia, a qual tem promovido rápido progresso na área de biomateriais, proporcionando o desenvolvimento de novos materiais e dispositivos para aplicações biomédicas, além de maior conhecimento sobre a interação entre biomateriais e tecidos biológicos.
5. O que se deve levar em consideração para o desenvolvimento de biomateriais? Utilize os tópicos repassados em aula para facilitar a reflexão sobre o assunto. Elabore um texto dando exemplos atuais.
O procedimento começa com a determinação da necessidade de um biomaterial para uma aplicação específica , que pode ser o tratamento de uma doença, a substituição de um órgão ou uso puramente cosmético .Além disso , é necessário compreender as condições físicas e as relações entre o tecido/órgão em questão.Em seguida , é realizado o projeto e triagem de materiais para diversos ensaios (composição, estrutura, propriedades mecânicas , toxicologia, biorreaço ao material, bioestabilidade ) , e com base na seleção daqueles que se mostram mais adequados , a fabricação de o biomaterial érealizada , seguida da esterilização e embalagem do biomaterial , que é então enviado para ser testado .Em seguida, são enfocados aspectos regulatórios relacionados à pré-aprovação no mercado, aos estudos clínicos iniciais, à triagem clínica e ao acompanhamento de longo prazo. O desenvolvimento tem sequência mesmo após a aprovação e uso clínico do biomaterial, com a análise e registro extraídos de pacientes visando o entendimento de eventuais falhas para sua correção. Exemplos atuais são os aparelhos que se integram ao corpo fazendo exames ou administrando drogas automaticamente, pequenas artérias, cartilagem, enxertos de pele, traqueia, entre muitos outros.
6. Quais são as classificações e subclassificações dos biomateriais. Descreva ao menos três exemplos em cada uma delas
Os biomateriais podem ser classificados quanto a origem, quanto a resposta ao organismo, quanto ao tipo de aplicação e quanto as características dos materiais.
Podendo ser classificados em quatro classes de acordo com a compatibilidade que apresentam com os tecidos adjacentes: biotolerantes, bioinertes, bioativos bioreabsorvíveis.
Biotolerante: Implantes separados do osso adjacente por uma camada de tecido mole ao longo da interface. Não há contato na osteogênese. A camada é induzida pela liberação por parte do implante de monômeros, íons e/ou produtos de corrosão. Praticamente todos os polímeros sintéticos e a grande maioria dos metais se enquadram nesta categoria.
Bioinerte: refere-se a qualquer material que, uma vez colocado no corpo humano, tem interação mínima com o tecido circundante, exemplos destes são aço inoxidável, titânio, alumina, zircônia parcialmente estabilizada e polietileno de ultra alto peso molecular.  
Bioativo: ocorre interação entre o implante e o tecido ósseo, interferindo diretamente na osteogênese. Por similaridade química a parte mineral do tecido ósseo se liga ao implante promovendo a osteocondução. Os principais materiais desta classe são: Ca-fosfato, vitro-cerâmicas e hidroxiapatita.
Bioreabsorvíveis: Materiais que, após certo período de tempo em contato com os tecidos, acabam sendo degradados, solubilizados ou fagocitados pelo organismo. São interessantes em aplicações clínicas onde seja desaconselhável a reintervenção para retirada do implante. Os representantes desta classe são o fosfato tricálcico (TCP) e o PLLA (poli-L-ácido láctico).
7. Elabore um texto com figuras ilustrativas identificando como deveríamos planejarum biomaterial biomimético para ser utilizado na regeneração de cartilagem. Descreva cada uma das etapas de biomimetização e propriedades que os biomateriais deverão ter para que seja utilizado. Utilize artigos científicos para sustentar sua proposta.
Um dos maiores desafios da ciência dos materiais é o desenvolvimento de biomateriais para a recuperação do tecido ósseo e, atualmente, o aumento da expectativa de vida da população faz com que a osteoporose seja considerada um problema de saúde pública, levando a maior risco de fraturas ósseas.
Os biomateriais tem sido utilizados pela engenharia tecidual para o desenvolvimento de moldes (“scaffolds”) tridimensionais para confecção de cartilagens, ligamentos, meniscos e discos intervertebrais, particularmente os polímeros sintéticos biodegradáveis. Os principais polímeros utilizados com a finalidade de reparo do tecido ósseo são o ácido poliglicólico (PGA), ácido polilático (PLA), ácido Polihidroxibutirato (PHB) e a policaprolactona (PCL). Dentre suas vantagens, destacam-se o fácil controle de síntese, origem ilimitada, não sofrem degradação mediada por células, são biodegradáveis e biocompatíveis. 
8. Quais são os mecanismos de degradação biológica dos biomateriais biorreabsorvíveis? Descreva cada uma delas exemplificando com detalhes das etapas de degradação.
A degradação dos biomateriais é um aspecto muito importante a se considerar quando são utilizados para fins médicos, pois sua capacidade de funcionar para determinada aplicação depende do tempo que é necessário para mantê-los no corpo.
A biodegradação em um ambiente biológico pode ser definida como uma degradação gradual de um material mediada por uma atividade biológica específica; quando os materiais são expostos aos fluidos corporais, podem sofrer alterações em suas propriedades físico-químicas como resultado de interações químicas, físicas, mecânicas e biológicas entre o material e o ambiente circundante. Um fator muito importante na biodegradação é a interação com o sistema imunológico e suas células especializadas.
Os materiais poliméricos podem ser degradados dentro do corpo por pelo menos três mecanismos gerais, oxidação, hidrolítico e mecanismo enzimático.
O mecanismo de oxidação é bem conhecido durante a resposta inflamatória a materiais estranhos, células inflamatórias, particularmente leucócitos e macrófagos são capazes de produzir espécies de oxigênio altamente reativas, como superóxido (O2 -), peróxido de hidrogênio (H2O2), óxido nítrico (NO) e ácido hipocloroso (HOCl). O efeito oxidativo dessas espécies pode causar a cisão da cadeia polimérica e contribuir para sua degradação.
O mecanismo hidrolítico pode ser definida como a cisão de ligações químicas na estrutura do polímero pelo ataque da água para formar oligômeros e, finalmente, monômeros. Na primeira etapa do mecanismo hidrolítico, a água entra em contato com a ligação lábil em água, por acesso direto à superfície do polímero ou por embebição na matriz do polímero seguido por hidrólise da ligação. As reações de hidrólise podem ser catalisadas por ácidos, bases ou sais. Após a implantação, o biomaterial absorve água e incha, e a degradação irá progredir do exterior do material para o seu interior. 
No mecanismo enzimático, as enzimas são catalisadores biológicos; eles aceleram as taxas de reação em organismos vivos sem sofrer nenhuma mudança permanente. As reações de hidrólise podem ser catalisadas por enzimas conhecidas como hidrolases, que incluem proteases, esterases, glicosídeas e fosfatases, entre outras. O modo de interação entre as enzimas e as cadeias poliméricas envolve normalmente quatro etapas:
· Difusão da enzima da solução a granel para a superfície sólida;
· Adsorção da enzima no substrato, resultando na formação do complexo enzima-substrato;
· Catálise da reação de hidrólise;
· Difusão dos produtos de degradação solúveis do substrato sólido para a solução.
9. O que são biomateriais bioativos? Explique e dê exemplos atuais de biomateriais com essa propriedade importantíssima atualmente.
Os materiais bioativos possuem a capacidade de interagir intimamente com o tecido biológico (bioadesão), provocando reações que favoreçam o desenvolvimento de processos como: fixação de implantes, biocolonização, regeneração de tecidos anfitriões proporcionando a recuperação do tecido danificado através da atuação em metabolismos intra e extracelulares responsáveis pela reprodução celular e propagação dos tecidos em crescimento. Ocorre interação entre o implante e o tecido ósseo, interferindo diretamente na osteogênese. Assim, por similaridade química a parte mineral do tecido ósseo se liga ao implante promovendo a osteocondução. Os principais materiais desta classe são: Ca-fosfato, vitro-cerâmicas e hidroxiapatita. 
A hidroxiapatita ganhou amplo reconhecimento como um material biomédico usado em reparo ósseo , revestimento de implantes de metal, restauração de dentes e sistemas de administração de medicamentos. Por ele ser um mineral mais termodinamicamente estável em fluidos corporais e é fácil de ser obtida a partir de solução aquosa por meio de um método de coprecipitação.