1. INTRODUÇÃO TEÓRICA 1
1.4. BIOPOLÍMEROS 18
Os polímeros têm vindo a ser largamente utilizados em material médico descartável, materiais prostéticos e dentários, implantes, aparelhos extra corporais, encapsulantes, sistemas poliméricos de libertação de drogas e produtos de engenharia de tecidos. Em comparação com os cerâmicos e metais, os biomateriais poliméricos são de mais fácil manufactura em vários formatos, mais fáceis num segundo processamento, com um custo razoável e com grande variabilidade das propriedades físicas e mecânicas (Bronzino and Park 2003).
1.4.1. Classes de Biopolímeros
Tal como nos restantes biomateriais, a biocompatibilidade e o desempenho em contacto com os fluidos biológicos são duas características importantes para a aplicação de polímeros na área médica. Assim, os biopolímeros podem classificar-‐se como não degradáveis ou biodegradáveis.
I. Não degradáveis – Polímeros em que é requerida a manutenção das suas propriedades durante o seu período de aplicação, em ambientes agressivos como o corpo humano. Apresentam ligações químicas estáveis na sua estrutura constituída por ligações carbono-‐ carbono ou silício-‐oxigénio. Encontram-‐se neste agrupamento polímeros como o polietileno de ultra elevado peso molecular (UHMWPE), usado em ortopedia principalmente em articulações, o polimetacrilato de metilo (PMMA), polimerizado no local para formar cimento ósseo, o politetrafluoretileno (PTFE) ou vulgarmente conhecido como Teflon, aplicado em enxertos vasculares, e o polidimetilsiloxano (PDMS), usado para implantes de tecidos moles.
II. Biodegradáveis – Polímeros que pela sua degradação oferecem dois tipos de vantagens: a eliminação da necessidade de uma intervenção cirúrgica para retirar o implante depois de terminada a sua acção; possibilidade de direccionar a regeneração dos tecidos através da degradação do implante. Neste grupo de polímeros encontram-‐se a maioria dos poliésteres como os ácidos poliláctico e poliglicólico e seus copolímeros (Barbucci 2002).
Outra classificação possível para os polímeros diz respeito à sua origem, sendo possível classificá-‐los como sendo de origem natural ou sintética.
Os polímeros naturais ocorrem na natureza durante os ciclos de crescimento dos organismos. A sua síntese envolve normalmente a catálise enzimática e o crescimento de cadeias poliméricas através de reacções de polimerização de monómeros. Alguns exemplos deste tipo de polímeros são os polissacarídeos (como por exemplo a celulose e a quitina/quitosano)e o colagénio.
Os polímeros sintéticos são produzidos artificialmente através de reacções de polimerização em cadeia ou por passos. Incluem-‐se neste grupo os poliésteres alifáticos, os polianidridos, as poliamidas e os poliuretanos.
TABELA 4 – ALGUNS BIOMATERIAIS POLIMÉRICOS E AS SUAS APLICAÇÕES (BRONZINO AND PARK 2003).
1.4.2. Biodegradação e Bioabsorção
A degradação polimérica ocorre em quatro etapas: absorção de água, redução das propriedades mecânicas, redução da massa molar e perda do peso final. Inicialmente, a água e os fluidos biológicos difundem-‐se para dentro do material. Seguidamente, as propriedades mecânicas começam a alterar-‐se. Usualmente, o módulo de Young diminui no início devido ao efeito de plastificante dos fluidos, que reduzem a temperatura de transição vítrea, e diminui no final do processo devido à redução da massa molar.
A biodegradação polimérica ocorre no organismo também em quatro processos: solubilização, ionização seguida de solubilização, hidrólise catalisada enzimaticamente ou por pH. Durante a primeira e segunda etapa, a degradação envolve a dissolução das cadeias poliméricas, directamente ou depois da ionização, em meio aquoso (através da quebra de ligações de hidrogénio, e da protonização ou desprotonização no caso de ocorrer ionização), mantendo a estrutura básica intacta. Na terceira etapa a hidrólise causa fragmentação da estrutura polimérica.
Outros factores que ocorrem em ambientes biológicos, como a biodegradação oxidativa e a degradação bacteriana, podem actuar sobre os polímeros e contribuir para a sua degradação (Barbucci 2002).
Polímeros Aplicações
PVC Bolsas de solução e sangue, embalagens cirúrgicas, aparelhos de diálise, cateteres. PE Garrafas farmacêuticas, cateteres, bolsas, recipientes flexíveis, implantes ortopédicos. PP Seringas descartáveis, membranas oxigenadoras do sangue, suturas, enxertos vasculares artificiais. PMMA Bombas e reservatórios sanguíneos, membranas para diálise sanguínea, lentes oculares implantáveis.
PS Balões para cultura de tecidos e filtros
PET Suturas, enxertos vasculares artificiais, válvulas para o coração.
1.5. QUITINA e QUITOSANO
O quitosano e a quitina são amino-‐polissacarídeos naturais cujas características os tornam de grande utilidade num vasto conjunto de aplicações na área biomédica. O seu grande desenvolvimento deve-‐se maioritariamente às suas características como a excelente biocompatibilidade, biodegradabilidade, segurança ecológica, baixa toxicidade, actividade anti-‐ bacteriana e baixa imunogenicidade.
A quitina e o quitosano são copolímeros de unidades N-‐glucosamina e N-‐acetil-‐glucosamina ligadas entre si (por ligações beta(1-‐4)). Quando o número de unidades glucose amina é superior a 50% o polímero é designado por quitosano, CS, tornando-‐se solúvel em meios ácidos. O CS é um polímero catiónico que possui inúmeras aplicações na forma de soluções, géis, filmes ou fibras (Pillai, Paul and Sharma 2009, Rinaudo 2006).
1.5.1. Estrutura e Composição Química
O CS é um polímero semi-‐cristalino cuja morfologia tem sido mencionada de diferentes formas na literatura. Conseguem-‐se obter cristais individuais de quitosano com deacetilação total, a partir de quitina de baixo peso molecular. Na figura 8 pode-‐se encontrar a representação esquemática dos copolímeros quitina e quitosano.
FIG. 8 – REPRESENTAÇÃO ESQUEMÁTICA DA QUITINA E DO QUITOSANO. QUANDO O COMPLEXO X (UNIDADE N-‐ACETIL-‐
GLUCOSAMINA) É SUPERIOR A 50% ESTAMOS NA PRESENÇA DE QUITINA. QUANDO O COMPLEXO Y (UNIDADE N-‐
GLUCOSAMINA) É SUPERIOR A 50% ENTÃO ESTAMOS NA PRESENÇA DE QUITOSANO (KHOR AND LIM 2003).