Desenvolvimento de Biocerâmicas de Origem Fossilizada para Reconstrução e Neoformação Óssea

De Daiara Floriano da Silva

A obra Desenvolvimento de biocerâmicas de origem fossilizada para reconstrução e neoformação óssea trata do desenvolvimento de materiais inovadores. Biocerâmicas de fosfatos de cálcio têm importância estratégica em pesquisas científicas e tecnológicas, gerando excelentes perspectivas na área biomédica, ainda incipiente no Brasil. Esses biomateriais podem ser utilizados em diversos ramos da saúde: na Odontologia, na Ortopedia, na Oncologia e na Traumatologia, como elemento matricial em preenchimento de defeitos, reconstituição maxilofacial, maxilomandibular, tratamentos de remineralização dental, reconstrução do tecido ósseo e ainda para o carregamento e a liberação de fármacos.

O uso de recursos naturais renováveis também é de interesse científico e comercial. Para tanto, pesquisas na utilização de fontes alternativas de cálcio são amplamente investigadas e direcionadas para a elaboração de biomateriais de substituição do tecido ósseo e de fármacos. As matérias-primas naturais de origem fossilizada apresentadas nesta obra revelam ser uma fonte alternativa positiva, como precursores na fabricação de pós-nanoestruturados de fosfatos de cálcio e biomateriais microporosos. Outro valor agregado a essas matérias-primas está associado à utilização e à valorização de bens renováveis, passíveis de mineração, direcionados à elaboração de biomateriais com elevado valor agregado, em que o seu uso em aplicações biomédicas, como na reparação e reconstrução óssea, é capaz de atender as demandas tecnológicas atuais.

O desenvolvimento desses substitutos ósseos traz consigo a possibilidade de evitar ou diminuir a necessidade de uma segunda cirurgia, para a remoção do osso autógeno, eliminando os riscos de transmissão de doenças dos substitutos ósseos de origem alógena ou xenógena disponíveis atualmente.

Uma larga faixa da população poderá ser beneficiada com a evolução dos biomateriais no País, podendo ter acesso a tratamentos com custo acessível e redução da necessidade de procedimentos invasivos.

• Idioma: Português
• Editora: Editora Appris
• Data de lançamento: 19 de set. de 2019
• ISBN: 9788547316532

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COMITÊ CIENTÍFICO DA COLEÇÃO ENSINO DE CIÊNCIAS

Aos meus pais, Diomário e Maribel; ao meu esposo, Tiago, pelo amor e companheirismo; à minha família, em especial ao meu irmão, Junior (in memoriam), por me motivarem a vencer os obstáculos e almejar o bem.

AGRADECIMENTOS

Dedico esta obra primeiramente ao nosso Pai Celestial, pois sem Ele, nada seria possível.

À Universidade do Estado de Santa Catarina (Udesc), ao Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais (PGCEM), ao Departamento de Engenharia Mecânica (DEM) e a todas as instituições envolvidas, pela infraestrutura oferecida, e pelo patrocínio da Capes e CNPq durante o doutoramento.

Ao Prof. Dr. Nelson Heriberto Almeida Camargo, pela colaboração e suporte para a conclusão dos estudos referentes a esta obra, obrigada pela confiança que depositaste em mim para conduzir este projeto de excelência.

Aos amigos da Udesc e do Grupo de Pesquisa em Biomateriais: Dr.ª Gisele Dalmônico, Dr. Nelson Levandowski, Me. Pricyla Corrêa, Me. Priscila Franczak, Me. Marli Roesler, Me. Cristiane Savicki, Me. Tamiris Schroeder, Me. Yone Mizubuti, Mônica Scheider, Camila Mamani, que percorreram essa jornada comigo, sempre dispostos a ajudar e incentivar.

O meu obrigado aos professores, técnicos e amigos da Queensland University of Tecnology (QUT), do Intitute of Health and Biomedical Innovation (IHBI) e Institute for Future Environments (IFE), pela oportunidade de fazer parte da ‘família’ Bone Group, onde adquiri valiosos conhecimentos na área de biomateriais e relações interpessoais que levarei para a vida. Em especial aos professores e amigos Dr. Yin Xiao e Dr. Thor Friis, que não mediram esforços em me auxiliar no período do doutorado na Austrália.

Ao Prof. Dr. Elídio Angioletto, pela motivação e por estar presente durante toda a minha trajetória acadêmica. Ao Prof. Dr. Enori Gemelli, ao Prof. Dr. Adriano Bernardin, ao Prof. Dr. Oscar Montedo e a todos os professores que me acompanharam e colaboraram de forma direta ou indireta para a conclusão da obra.

Sou grata a cada um dos orientadores e companheiros de vida que participaram de minha trajetória acadêmica, estes me ofereceram o suporte necessário para conduzir este projeto de grande potencial. Cada um deles tem a minha admiração, gratidão, respeito e amizade.

APRESENTAÇÃO

Os biomateriais cerâmicos de fosfato de cálcio, obtidos a partir de matérias-primas de origem fossilizada, são uma alternativa na produção de biomateriais para a substituição do tecido ósseo e mostram resultados que podem ser promissores da viabilidade celular em testes in vitro e da neoformação óssea em testes in vivo. Este livro trata da síntese, elaboração e caracterização de diferentes composições de pós-nanoestruturados de fosfatos de cálcio hidratados nas razões Ca/P = 1,4; 1,5; 1,6; 1,67 e 1,7M e os biomateriais obtidos a partir dessas composições. Os pós-nanoestruturados foram obtidos com o uso do método de síntese via úmido. Este envolveu o precursor natural de origem marinha – conchas calcárias fossilizadas –, formado principalmente por carbonato de cálcio nas fases aragonita e calcita e solução de ácido fosfórico na concentração necessária para cada composição Ca/P molar. Os pós-nanoestruturados de fosfatos de cálcio obtidos da síntese, quando elevados à temperatura de 900oC/2h, fornecem os fosfatos de cálcio muito estudados nas últimas décadas pela sua bioatividade e biocompatibilidade: hidroxiapatita (HA) e fosfato tricálcico-b (TCP-b). Estudos de caracterização microestrutural, nanoestrutural, física e química foram realizados. Os biomateriais foram posteriormente submetidos ao teste de citotoxicidade e viabilidade celular in vitro. Os resultados encontrados do teste in vitro revelaram uma semelhança entre as composições de biomateriais de fosfatos de cálcio, indicando que as diferentes composições de biomateriais podem ser aplicadas na reparação e neoformação óssea.

A autora

PREFÁCIO

Propostas inovadoras devem iniciar com ideias simples. A natureza que nos circunda é uma fonte quase inesgotável de exemplos que funcionam bem quando o objetivo é buscar inspiração para novos projetos, como geração de energia, novos medicamentos, novos materiais, entre outros. Assim, uma boa estratégia é observar o que a natureza tem pronto a respeito de determinado assunto e, no caso de materiais para uso biológico, o que a evolução de milhões de anos revela nos dias atuais.

A necessidade, o desenvolvimento e a disponibilidade de novos materiais focados na restauração de partes de diversos órgãos do corpo humano é uma realidade que vem sendo vivenciada nos últimos anos. Um longo caminho já foi percorrido e continua em constante evolução, obtendo indiscutíveis resultados.

Nesse contexto, iniciou-se a utilização de biomateriais que apresentaram características de biocompatibilidade cada vez melhores para serem introduzidos em tecidos vivos, especialmente como dispositivos temporários ou até mesmo como implantes de longa duração.

Surgiram, assim, os cimentos ósseos e diversos outros materiais destinados a restaurar tecidos ósseos que sofram destruição ou danos acidentais decorrentes de processos patológicos. Da mesma forma que os demais biomateriais, as biocerâmicas também passaram por um significativo período de evolução e diversas características foram aprimoradas ao longo dos anos, gerando ganhos inquestionáveis para quem necessita de tratamento, e segurança para os profissionais que executam os serviços de restauração.

É nesse ponto que dou início à apresentação desta obra, que é reflexo de muitos anos de dedicação e aprofundados estudos sobre o mundo das biocerâmicas. Este estudo teve início quando a autora cursava graduação em Engenharia de Materiais, evoluindo para projeto de mestrado e posteriormente para o tema da tese de doutoramento. Tal percurso, por si só, revela a dedicação e a vontade da autora em aprofundar o tema da biocerâmica.

As biocerâmicas de fosfato de cálcio desta obra foram obtidas de matérias-primas de origem fossilizada e mostraram promissores resultados quando testes laboratoriais foram realizados in vitro. Posteriormente, esses materiais também serão testados in vivo e a neoformação óssea será observada.

O resultado do estudo relatado com detalhes neste livro é a obtenção dos pós-nanoestruturados, cujo precursor foi um material de origem natural obtido de conchas calcárias fossilizadas. Assim, após alguns processos realizados, foram obtidos os pós de hidroxiapatita e de fosfato tricálcico. Esses pós foram trabalhados para que se obtivessem placas e, após sintetização, foram testados para verificar sua viabilidade de uso em contato com tecidos vivos. Os testes mostraram sucesso total e a conclusão é de que poderão ser utilizados como substitutos dos tecidos ósseos.

Esta obra demonstra que o papel dos pós-nanoestruturados na composição de biomateriais está apenas começando e que ainda há muito a ser desenvolvido nesse campo. O presente estudo, entretanto, já iniciou com êxito, colhendo frutos da integração de diversos conhecimentos das áreas de Engenharia de Materiais de Biologia e Biomateriais. Essa afirmação é evidenciada pela publicação dos estudos realizados pela autora e seu grupo de pesquisa em conceituadas revistas.

Aos estudiosos de biomateriais, aos investidores interessados em desenvolver novos negócios, aos diversos profissionais da área da saúde, e à comunidade acadêmica é possível afirmar que esta obra aponta um caminho para que novos materiais sejam fabricados e posteriormente utilizados com segurança. Não restam dúvidas de que, em um futuro próximo, os resultados do presente estudo contribuirão significativamente para a melhora na qualidade de vida daqueles que necessitarem fazer uso desses materiais.

Professor doutor Elídio Angioletto

Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais

Universidade do Extremo Sul Catarinense – Unesc

LISTA DE ABREVIATURAS E SÍMBOLOS

Å – Angstron

ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas

ACTB – actin beta – beta actina

ACP – fosfato de cálcio amorfo

Al – alumínio

Al2O3 – óxido de alumínio (alumina)

AO – oxiapatita

ATD – análise térmica diferencial

BET – Brunauer – Emmett – Teller – área específica

BMP4 – bone morphogenetic protein4 – proteína morfogenética óssea 4

BSA – bovine serun albumin – albubina do soro bovina

BSE –