Jorge Vicente Lopes da Silva – CTI/MCT

1. Demandas e habilitadores da biofabricação de tecidos para cirurgias reconstrutivas Jorge Vicente Lopes da Silva – CTI/MCT I Workshop INCT Biofabricação Campinas 24 de abril de 2009

2. Divisão de Tecnologias Tridimensionais DT3D/CTI Missão Pesquisar, desenvolver, utilizar e difundir tecnologias tridimensionais, física e virtual, com foco na inovação e aplicações multidisciplinares, sempre com o viés das demandas da sociedade Parcerias Empresas (ProIND) Hospitais (ProMED) Universidades (ProEXP)

3. Linhas de P&D • PR/PM - Prototipagem e manufatura rápida (MR) para indústria e saúde; • Pesquisa e aplicações multidisciplinares da PR e MR; • PIM - Processamento de imagens médicas; • Mod/BioCAD - Modelagem CAD e BioCAD (protocolos); • Engenharia reversa de estruturas anatômicas; • Análise de Bioengenharia (FEM); • ET/Biofab - Engenharia Tecidual e Biofabricação; • Pesquisa de biomateriais para PR; • Plataformas experimentais para pesquisa em PR (Fab@home); • RDP - Desenvolvimento de produtos

4. Realidade Brasileira • Grande extensão territorial e um SUS gigantesco • A idade média da população continua a aumentar; • No Brasil a expectativa de vida aumentou, entre 1980 e 2003, em 8,8% (IBGE). Em 2006 era de 72,3 anos; • Entre 2005-2006 a expectativa de vida no País aumentou 5 meses (IBGE)‏ • Em 2004, os gastos do SUS com ortopedia totalizaram cerca de R$ 60 milhões (CGEE/MCT)‏ • Traumas de várias origens; • Anomalias congênitas; • Doenças de todos os tipos; • Falha de órgãos é uma realidade; • Doação de órgãos é insuficiente (além das questões éticas) no mundo; • Possibilidade de se criar substitutos biológicos (órgão/tecidos) é uma questão estratégica.

5. Realidade • Propriedades dos biomateriais ainda estão aquém de materiais biológicos; • Em 2006, nos EUA, 29.000 pacientes foram transplantados e 100.000 continuavam na lista de espera; • Metade dos gastos médicos nos EUA são atribuídos à perda de tecidos ou falha de órgãos; • 150.000 próteses totais de quadril nos EUA normalmente sofrem manutenção (média de 15 anos); • Utilização de combinações de células-tronco, biomateriais, fatores de crescimento e terapia genética para a geração de tecidos ou terapias (ações em andamento na ET). Karp e Langer. Development and therapeutic applications of advanced biomaterials. Current Opinion in Biotechnology 2007, 18:454–459

6. Engenharia Tecidual - Retrospectiva • Observações que inquietaram pesquisadores: • Regeneração completa de alguns membros em seres vivos (lagartixa, estrela do mar etc.); • Capacidade de órgãos humanos de regenerarem parcialmente (fígado); • A diferenciação celular da fecundação ao nascimento; • Engenharia Tecidual como a convergência de diversas áreas do conhecimento humano focada na aplicação clínica; • Imprescindível a união da biologia, engenharias, ciências dos materiais e várias especialidades biológicas, médicas ou não, para dar respostas que só serão satisfatórias a longo prazo; • Um caminho para, entender, mimetizar e aumentar a capacidade regenerativa dos tecidos e órgãos humanos, promovendo a cura de tecidos ou a substituição de órgãos; • Enorme evolução das engenharias como suporte em inúmeras aplicações relacionadas com a ciência da vida.

7. Engenharia Tecidual - Timeline Contribuições determinantes dos quatro irmãos Vacanti. Relatório sobre Engenharia Tecidual dp International Technology Research Institute – ITRI - Workshop National Science Foundation - NSF Estudos com células tronco. Transplantes de medula em cães expostos a altas doses de radiação (forma de medicina regenerativa) Dr. Skalak define “Engenharia Tecidual” posteriormente aceito por relatório do ITRI e NSF Publicado por Alexis Carrel (médico) e Lindbergh (aviador) o The Culture of Organs Dr. Christiaan Barnard realiza o primeiro transplante de coração Irmãos Vacanti publicam na Plastic and Reconstructive Surgery 1938 1950 1967 1988 1997 2002 Definição de Engenharia Tecidual (NSF) “A aplicação dos princípios e métodos de engenharia e ciências da vida na direção do entendimento fundamental das relações estrutura-função em tecidos normais e patológicos de mamíferos e o desenvolvimento de substitutos biológicos para restaurar, manter ou incrementar a função do tecido”. polímeros biodegradáveis sintéticos, semeada com células cartilaginosas de bovinos

8. Habilitadores da Engenharia Tecidual Engenharia Tecidual (Tempo + Ambiente apropriado – reator)‏ Regeneração tecido/órgão Scaffolds (biomateriais estruturados)‏ (HPA,PGA, PLGA, PCL, PHB, etc.)‏ Células (osteoblastos, células tronco, condroblastos etc.)‏ Tridimensionalização por meio de processos aditivos Sinalizadores moleculares (controlar adesão, proliferação, migração, diferenciação)‏ (fatores de crescimento, proteínas morfogenética – ex. BMP, etc.)‏ Adaptado de Khang et al. 2006 - A manual for biomaterials/scaffold fabrication Technology

9. Realidade Brasileira Cirurgias reconstrutivas

10. Cirurgias reconstrutivas avançadas • Esperado: Maior previsibilidade e estabilidade de resultados • Baseadas em: • Técnicas de obtenção e tratamento de imagens médicas 3D; • Modelagem 3D física (PR, se necessário); • Projeto e análise da estrutura anatômica (BioCAD); • Escolha adequada do biomaterial; • Moldagem 3D do biomaterial (MR); • Tratamento superficial; • Técnica cirúrgica.

11. Plataformas para estruturação 3D de biomateriais Plataforma Experimental para deposição de biomateriais PHB Colonização por células

12. Infra-estrutura

13. Implantes, Scaffolds e Engenharia Tecidual The Production of tailored Implant and Scaffold via RP Processes Adapted from Silva 2005 (SBPMAT)‏

14. Implantes, Scaffolds e Engenharia Tecidual

15. Implantes, Scaffolds e Engenharia Tecidual

16. Implantes, Scaffolds e Engenharia Tecidual

17. Implantes, Scaffolds e Engenharia Tecidual X

18. Implantes, Scaffolds e Engenharia Tecidual

19. Implantes, Scaffolds e Engenharia Tecidual

20. Implantes, Scaffolds e Engenharia Tecidual

21. Intersecção CTI / INCT Biofabriocação CTI INCT Biofabricação The Production of tailored Implant and Scaffold via RP Processes Adapted from Silva 2005 (SBPMAT)‏

22. INCT Biofabricação • Primeira ação estratégica em rede no país com tais objetivos; • A pesquisa em Engenharia Tecidual necessita de ações menos segmentada por grupo ou área de pesquisa e mais multidisciplinares; • Apesar da evolução fantástica da ciência, os biomateriais ainda estão aquém, se comparados com o organismos e não raramente falham; • A engenharia tecidual pode ser um passo para essa evolução; • Porém, a Engenharia Tecidual é apenas um campo promissor, mesmo após quase 3 décadas; • A fabricação aditiva pode ser uma resposta elegante na integração e solução para a Engenharia Tecidual; • Seria oportuno o incentivo à participação de outros pesquisadores.

23. Obrigado pela Atenção! Jorge.silva@cti.gov.br 19-3746-6142