Apostila Biomateriais Wal+®ria 2012

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Universidade Salgado de Oliveira
Faculdade de Odontologia
Disciplina de Materiais Dentários II
 
 
 		 	
	
2012
Histórico
	
	Os primeiros relatos sobre a utilização de biomateriais são da pré-história como a descoberta de crânios com trepanações nas quais foram colocadas placas de ouro e prata. Além disso, há evidências de milhares de anos da aplicação de implantes dentários e a utilização de fios de sutura. 
	O termo biomateriais se refere a qualquer substância ou combinação de substâncias sintéticas ou naturais utilizada por um período de tempo capaz de construir órgãos artificiais, dispositivos de reabilitação, ou próteses e repor tecidos naturais do corpo. Após serem implantados, devem manter as suas propriedades e características estruturais, permitir adesão celular à sua superfície, ser esterilizável e com custos aceitáveis.
Classificações
	Os biomateriais são classificados de acordo com o comportamento biológico e a composição química.
Classificação - comportamento biológico: 
A classificação de acordo com o comportamento biológico depende da resposta do tecido hospedeiro:
Bioinertes - não provocam reação de corpo estranho no organismo e estão em contato direto com o tecido receptor. Exemplos: titânio, zircônia e alumina.
Biotolerados - moderadamente aceitos pelo tecido receptor e são geralmente envolvidos por tecido fibroso. Exemplos: aço inoxidável, ligas Cr-Co e polimetilmetacrilato (PMMA).
Bioativos - há ligação direta aos tecidos vivos devido aos íons, por exemplo, o Ca+2 e/ou PO4-2 presentes nos substitutos ósseos, que favorecem uma ligação química com o tecido ósseo. Exemplos: hidroxiapatita (HAp) e biovidros.
Reabsorvíveis - lentamente degradáveis e gradualmente substituídos pelos tecidos. Exemplos: fosfato tricálcio (TCP) e biovidros.
Classificação - composição química:
 
Metálicos
Cerâmicos
Polímeros
Compósitos
Metálicos
	O metal é um elemento ou liga cuja estrutura atômica dá elétrons para formar íons positivamente carregados. Uma liga é definida como uma substância cristalina com propriedades metálicas composta de dois ou mais elementos químicos, dos quais pelo menos um é metal. 
	Os metais, em especial as ligas dentais, possuem alta resistência à tração, tenacidade (capacidade do material de absorver energia e se deformar antes da fratura), dureza, resistência à abrasão, resistência à fratura, elasticidade, ductilidade (capacidade de um material ser deformado plasticamente sob uma tensão de tração antes de fraturar), resistência à fadiga e alta condutividade térmica/elétrica.
	Na Odontologia, os metais são um dos materiais mais utilizados para reconstrução de tecidos orais danificados ou perdidos. Vários biomateriais podem ser produzidos a partir dos metais, tais como: titânio (figura 1), nióbio, tântalo, alumínio, vanádio (ANUSAVICE, 2005).
 
Figura 1 - Micrografia da liga Ti-35Nb-7Zr-5Ta (a); roscas de um implante (b); implante instalado (c).
Cerâmicos
	Composto inorgânico com propriedades tipicamente não-metálicas composta por elementos metálicos e não-metálicos de origem natural ou sintética. O termo “cerâmico” vem da palavra grega keramikos que significa matéria-prima queimada, indicando que as propriedades desses materiais são atingidas por meio de um tratamento térmico a alta temperatura. Quanto as suas propriedades possuem baixa condutividade térmica, elétrica e boa estabilidade química. São suscetíveis às fraturas quando expostas às tensões de tração ou flexão. Alguns exemplos destes biomateriais:
Biovidro - promove uma rápida e durável ligação química com o tecido ósseo. É constituído de sílica (vidros silicatados) ou de fósforo (vidros fosfatados) que são mais quimicamente instáveis. A capacidade de um vidro se ligar ao tecido ósseo, biodegradar e formar uma camada superficial de apatita varia com a composição. A aplicação dos biovidros de silicatos como biomateriais depende do tamanho das partículas a fim de evitar a migração para o sistema linfático. Estes biovidros devem estar na faixa de 90-710μm de diâmetro. Alguns estudos afirmam que o biovidro de sílica possui formação mais rápida de tecido ósseo do que a hidroxiapatita. Entretanto, estes vidros possuem baixa resistência mecânica, impossibilitando a sua aplicação em áreas submetidas às tensões. A figura 2 apresenta a imagem de microscópio eletrônico de varredura (a) de um arcabouço de biovidro e fotografia de biovidros (b).
 
Figura 2 - Microestrutura em microscópio eletrônico de varredura (a); fotografia do arcabouço de biovidro (b).
Figura 2 - Materiais Cerâmicos à base de Fosfatos de Cálcio 
	Tabela 1 - Fosfatos de cálcio de aplicação biológica (ELLIOTT, 1994).
	Fosfato de Cálcio
	Fórmula Química
	Fosfato de cálcio amorfo (FCA)
	Ca10-xH2x(PO4)6(OH)2
	Fosfato cálcio dihidratado ou Brushita (FDCDH)
	CaHPO4.2H2O
	Fosfato cálcio anidro ou Monetita (FDCA)
	CaHPO4
	Fosfato tetracálcio (FTTC)
	Ca4P2O9
	Fosfato octacálcio (FOC)
	Ca8H2(PO4)6.5H2O
	Fosfato tricálcio ou Whitlockita (FTC)
	Ca3(PO4)2
	Pirofosfato de cálcio dihidratado (PFCDH)
	Ca2P2O7.2H2O
	Apatita (Ap)
	(Ca,M)10(PO4,Y)6Z2
	Hidroxiapatita (HAp)
	Ca10(PO4)6(OH)2
	Fluorhidroxiapatitas (FHAp)
	Ca10(PO4)6F2
	Hidroxiapatitas não estequiométricas
	Ca10-x(HPO4)x(PO4)6-x(OH)2-x
Os fosfatos de cálcio mais usados comercialmente são o TCP e a HAp.
Fosfato tricálcio (TCP)
	Existe sob duas formas alotrópicas α e β. Possui a fórmula química Ca3(PO4)2 (relação molar Ca/P=1,5) contendo 39% de cálcio e 20% de fósforo. É uma cerâmica de rápida reabsorção. O mecanismo de ação está relacionado com a alta concentração de cálcio e fósforo à superfície que permite a biomineralização, estimula os osteoclastos e a diferenciação fenotípica das células osteogênicas. O TCP existe sob 03 formas comerciais: granular, macroporosa e em gel, sendo a granular a mais eficiente devido aos espaços entre os grânulos que aumentam a porosidade e a superfície de contato do material. As principais desvantagens do TCP quando comparado a hidroxiapatita é que se desprende devido à falta de suporte estrutural provocada pela rápida reabsorção em função da sua macroporosidade. 
Hidroxiapatita (HAp)
	A hidroxiapatita natural e a sintetizada em laboratório são similares em sua composição química e comportamento in vivo. A hidroxiapatita é um fosfato de cálcio com composição química Ca10(PO4)6(OH)2 (relação molar Ca/P=1,67). Possui lenta reabsorção e remodelação óssea e dificuldade em manter os grânulos no local do defeito ósseo. Desta forma, há a necessidade de desenvolver biomateriais (bicompósitos) com características de biofuncionalidade superiores às dos seus constituintes individualmente.
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Figura 3 - Apresentação commercial dos grânulos de hidroxiapatita (a); arcabouço de hidroxiapatita (b).
Biocompósitos à base de fosfato de cálcio
	Os fosfatos de cálcio bifásicos são compostos de HAp e TCP (figura 4) na proporção de 60% e 40%. É um material macro e microporoso que favorece a velocidade e qualidade da reabsorção do biomaterial. Estes compósitos são osteocondutores, permitindo a vascularização e o crescimento celular (neoformação óssea). Indicações: preenchimento de defeitos ósseos, substituto de enxerto ósseo autógeno. Pode ser usado associado à técnica do PRP (Plasma Rico em Plaquetas), formando um gel que facilita a colocação do PRP no sítio ósseo e acelerando a neoformação óssea.
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Figura 4 - Cerâmica fosfocálcica bifásica (HAp e β-TCP).
Poliméricos
	Os polímeros são compostos químicos formados de grandes moléculas orgânicas (macromoléculas) formadas pela união de várias unidades menores de monômeros repetidas.
Hidrogéis
	São polímeros que podem absorver água pela dilatação dos seus retículos poliméricos. Suas principaisaplicações são: lentes intra-oculares, lente de contato pele artificial, matriz para encapsulamento de células, matriz para liberação controlada de drogas; matriz para crescimento de células (engenharia de tecidos); camadas para cateter. Exemplos: colágeno, poli(ácido acrílico, poli(etilenoglicol). 
Colágeno
É a proteína mais predominante na matriz óssea extracelular. Representa um bom veículo de transporte para enxertos sintéticos (BMP´s e células osteogênicas), auxiliando na regeneração óssea. Possui baixa resistência mecânica e risco de imunogenicidade. Um colágeno de origem bovina, aprovado pela Food and Drug Administration (FDA, EUA) revelou ótimos resultados quando associado às células da medula no preenchimento de cavidades císticas.
	
Biopolímeros 
	
	São polímeros com aplicações médicas desenvolvidos com porosidade permitindo uma maior fixação (BORÉM, A.; VIEIRA, M.C.L.; 2005). 
	Polímero
	Sigla
	Aplicações
	 Polietileno
	PE
	Implantes ortopédicos
	Polipropileno
	PP
	Membranas e vasos artificiais
	Polimetilmetracrilato
	PMMA
	Membranas, cimentos e lentes
	Politetrafluoretileno
	PTFE
	Membranas, vasos artificiais
	Politereflalato de etila
	PET
	Fios de sutura, tecidos, vasos artificiais e válvulas
	Poliamidas - Nylon
	PA
	Fios de sutura
Fonte: http://www.biomaterial.com.br/biopol/sld001.htm
	Polietileno - produto resultante do gás etileno submetido à temperatura e pressão adequadas. O mero ativo se forma pela reação de um catalisador e a unidade do mero do etileno. A cadeia polimérica se forma pela adição seqüencial de monômeros de polietileno ao mero ativo. A adição de muitos monômeros forma o polietileno. Características: quimicamente resistente, isolante elétrico, baixa resistência (CALLISTER, 2002).
	Polipropileno - quimicamente similar ao polietileno, no qual o último em cada quatro átomos de hidrogênio é substituído pela metila CH3. Características: resistente à distorção pelo calor; boas propriedades elétricas e resistência à fadiga; quimicamente inerte; baixo custo (CALLISTER, 2002).
	Polimetilmetracrilato - usados na fabricação de lentes rígidas e flexíveis (se expande em contato com fluidos intraoculares). Características: excelente transmissão de luz; propriedades mecânicas satisfatórias (CALLISTER, 2002).
	 Politetrafluoretileno - formado quando todos os hidrogênios no polietileno são substituídos pelo flúor. São polímeros conhecidos como fluorocarbonos. Características: quimicamente inertes; ótimas propriedades elétricas; baixo coeficiente de atrito; utilizados em temperaturas até 260oC (CALLISTER, 2002). O PTFE é encontrado no mercado mundial de produtos médicos e odontológicos sob a forma de membrana não reabsorvível porosa (figura 5) utilizada na região tecidual guiada e requer um segundo tempo cirúrgico para sua retirada; enxertos vasculares e camadas em cateter.
	
 
Figura 5 - Membranas PTFE: a) micro-textura; b) alta densidade reforçadas com titânio.
Politereflalato de etila - películas plásticas resistentes à fadiga, à ruptura e a resistente à umidade e solventes (CALLISTER, 2002).
Poliamidas - boa resistência mecânica; boa resistência à abrasão e tenacidade; baixo coeficiente de atrito; absorvem líquidos (CALLISTER, 2002). 
PLGA (ácido polilático e poliglicólico) - polímeros bioreabsorvíveis utilizados em fios de suturas, placas ósseas, membrana sintética flexível para reparo defeitos ósseos (figura 6); membrana flexível em formato de anel para neoformação óssea e periodontal ao redor dos implantes. Organiza os fibroblastos e células epiteliais de forma a impedir a migração epitelial durante o período de cicatrização. Funciona como barreira até 20 semanas com completa reabsorção ocorrendo no período de 6-12 meses.
Figura 6 - Apresentação comercial da membrana PGLA.
	
Quitina e Quitosana 
	Quitina é um polissacarídeo, substância mineral encontrada no esqueleto de crustáceos (caranguejo, camarão, lagosta), insetos e nas paredes celulares de cogumelos. A quitina obtida a partir desses esqueletos é mais acessível e de baixo custo quando comparada às técnicas para obtenção em laboratório. A presença da quitina de um esqueleto de caranguejo, por exemplo, representa 26-30% e o processo de obtenção é simples. O esqueleto é quebrado em pedaços de 0,5-5,0 mm, tratado com solução de ácido clorídrico a fim de remover a matriz mineral (carbonato de cálcio), imerso em hidróxido de sódio para separar os aminoácidos solúveis em água, restando a quitina.
	A quitosana é um o principal derivado da quitina e pode ser obtida após imersão em soluções alcalinas, ocorre a liberação de grupos amino (NH) conferindo caráter catiônico e melhorando as propriedades do material. A quitina é inerte e insolúvel, enquanto a quitosana é reativa e solúvel. A quitosana é uma fibra que possui a capacidade de se ligar a gordura do trato digestivo e impedindo a absorção sanguínea. Atua também como coagulante de moléculas de alto valo calórico e aumenta de tamanho, impedindo que seja absorvida pelo trato digestivo. Então, a quitosana é excretada junto com a gordura. As propriedades da quitina e quitosana são:
Biocompatibilidade - a quitina e quitosana são polímeros naturais compatíveis com os tecidos humanos.
Cicatrizante - a quitosona estimula a regeneração celular e protege os 	tecidos de microorganismos. É aplicada na fabricação de pele artificial para enxertos de pele, em especial em casos de queimaduras graves e fios 	cirúrgicos de sutura (quitina).
Agente anti-colesterolémico - reduz o nível de colesterol sangüíneo. 
Biodegradável - biopolímeros biodegradáveis e as enzimas (quitinase e quitosanase) degradam os oligopolímeros que serão metabolizados.
	Aplicações: filtro solares, enxertos de pele, esponja de reabilitação sangüínea, lentes de contato oftalmológicas, circulação sangüínea artificial, rins artificiais, substitutos da heparina, soluções imuno-estimulantes e anti-cancerígenas.
Compósitos
	São materiais que possuem em sua composição dois ou mais componentes que diferem em sua estrutura, composição e são separados por uma interface. Desta forma, os compósitos exibem uma proporção significativa das propriedades de ambas as fases dos materiais que os constituem a fim de obter uma melhor combinação das mesmas.
Arcabouços porosos - osso bovino inorgânico granulado aglutinado com colágeno hidrolizado e PLGA
Implantes dentais de titânio com revestimento de hidroxiapatita (fig. 7).
Figura 7 - Implante de Ti com revestimento de hidroxiapatita (a); microscopia eletrônica do revestimento (b). 
Biomateriais naturais
	São os materiais de enxertos autógenos, alógenos e xenoenxertos.
Autógeno - o material a ser utilizado é retirado do próprio paciente (figura 8) em um outro sítio cirúrgico (ex. calota craniana, região mentoniana, retro mandibular, crista ilíaca e tuberosidade da maxila). Em regiões intra-orais, se pode utilizar um raspador ósseo para simplificar a coleta do osso, reduzindo o tempo de trabalho e desconforto ao paciente no pós-operatório. Evita a infecção cruzada ao paciente. O enxerto autógeno deve ser fixado com auxílio de parafusos de titânio.
Figura 8 - Enxerto autógeno - paciente com perda da tábua óssea vestibular devido a fratura (a); retirada do enxerto autógeno da região mentoniana (sítio doador).
Alógeno - proveniente de um doador da mesma espécie (banco de ossos), sendo conservado e disponibilizado de 2 formas:
Congelado (“fresh-frozen”) => a -70ºC após lavagem com antibiótico, utilização de 1 ano se for mantido a -20ºC e até 5 anos se mantido a -70ºC. 
Liofilizado (“freeze-dried”) => dupla lavagem com antibiótico, congelado a -70ºC, secagem até obter 5% água e duração ilimitada.
	
	O congelamento diminui a imunogenicidade e a rejeição, porém não elimina o risco de transmissão de HIV. A liofilização reduz ainda mais a imunogenicidade e elimina o risco de HIV, mas diminui a capacidade de osteoinduçãoe as propriedades mecânicas. As vantagens são: quantidade disponível, não requer um procedimento cirúrgico adicional no paciente para a sua coleta. As desvantagens são: os problemas imunológicos e infecciosos, inexistente capacidade osteogênica, a variabilidade dos resultados clínicos e elevado custo. 
 
Figura 9 - Aspecto do doador durante a obtenção do fêmur (a) preparo do enxerto (b); ossos radioesterilizados (c).
	
Xenoenxerto - o material têm origem animal (ex. osso bovino). 
Enxerto ósseo bovino - matriz orgânica cortical, otimizando a reabsorção e também matriz inorgânica medular, conferindo resistência ao tecido. Atua com excelente função osteocondutora e possui aglutinante natural composto de colágeno, permitindo melhor manipulação. Indicações: levantamento do seio maxilar e aplicado em implantodontia, periodontia e bucomaxilofacial, com tempo de reparo previsto entre 7 a 9 meses.
Enxerto de osso suíno - representa uma alternativa à utilização de enxertos autógenos e alógenos; osso esponjoso e cortical com potencial osteocondutor; tempo de reabsorção 4/5 meses. Indicações: após exodontia, reparo de defeitos ósseos causados por granulomas, cistos dentígenos; defeitos de furca; peri-implantite. 
Membrana reabsorvível de colágeno ósseo bovino - possui permeabilidade que permite a troca de nutrientes e impede a invaginação de tecido mole, favorecendo a regeneração tecidual guiada. Biocompátivel e deve ser hidratada, antes do uso, em soro fisiológico (cerca de 10 min). Aplicado na implantodontia, periodontia,  bucomaxilofacial e cirurgias orais ósseas em geral, com tempo de reabsorção previsto de aproximadamente 90 dias.
Benefícios dos biomateriais
São osteocondutores servindo como estrutura para a adesão, proliferação e diferenciação de células ósseas. 
Possibilidade de incorporação proteínas e fatores de crescimentos tornando-se osteoindutores
Possibilidade de incorporação de fármacos a fim de reduzir a reação inflamatória no sítio cirúrgico
Controle sobre a composição química e suas propriedades
Facilidade na obtenção dos mesmos e em alguns casos, baixo custo, quando comparados às demais opções de obtenção de material para reabilitação dos pacientes.
Não exigem um sítio doador de tecido ósseo
Reduzem as complicações cirúrgicas (edema, dor) e o tempo cirúrgico.
Evitam a possibilidade da contaminação pelo material utilizado (doenças contagiosas como a AIDS e Hepatite).
Riscos dos biomateriais
Requerem conhecimento e treinamento especializado para correta indicação aos pacientes e adequado manuseio durante o pré e trans-cirúrgico.
Atenção especial à procedência do biomaterial
Verificar o registro da ANVISA e se atende a BPF (Boas Práticas de Fabricação) para produtos médicos.
		 Biomateriais
 Profa. Waléria Silva de Medeiros, D.S.c
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