Propriedade dos Biomateriais

A produção do biomaterial ideal para a regeneração óssea é um processo complexo uma vez que tem de atender a requisitos específicos, tais como:

- Biocompatibilidade – é o termo mais comummente usado para descrever a compatibilidade ou a harmonia dos biomateriais com os sistemas vivos, é a capacidade de existir um contacto com os tecidos do organismo sem causar danos para o mesmo, não causando efeitos adversos num sistema biológico (Anderson, 2012; Patel e Gohil, 2012). A adesão celular, o restabelecimento normal das funções celulares, a migração das células para a superfície do biomaterial e a proliferação celular são indicadores da biocompatibilidade de um biomaterial (Anderson, 2012). Após a implantação, um biomaterial biocompatível deve ser capaz de promover a adesão celular, não desencadeando nenhuma resposta alérgica, inflamatória ou tóxica, que possa reduzir a cicatrização, regeneração ou ainda causar rejeição (Orive et al., 2009; Belluci et al., 2010; O’Brien, 2011; Vallet-Regí e Ruiz-Hernández, 2011).

- Bioativo – O biomaterial deve ser capaz de permitir uma interação física, entre o tecido e o material, ou seja, induzir uma atividade biológica específica (Belluci et al., 2010; Bose e Tarafter, 2012). Numa perspectiva celular, a bioatividade de um material reflete a adesão e a diferenciação celular sobre a superfície do material sem formação de uma cápsula fibrosa (Hannink e Arts, 2011; Vallet-Regí e Ruiz-Hernández, 2011).

- Biodegradável – O biomaterial deve ser estruturalmente estável por tempo suficiente para permitir a regeneração do tecido. A velocidade de degradação do biomaterial deve ser semelhante à da regeneração do tecido. Os produtos resultantes da degradação do biomaterial não devem ser tóxicos e devem ser capazes de ser eliminados do organismo sem lesarem outros órgãos (Orive et al., 2009; Belluci et al., 2010; Bose e Tarafter, 2012).

- Propriedades mecânicas – As propriedades mecânicas dos biomateriais devem ser adequadas à função que os mesmos vão desempenhar no organismo. O biomaterial deve possuir uma resistência mecânica similar à do tecido nativo. Esta propriedade reveste-se de grande importância, tendo-se mostrado um grande desafio para a ETO, uma vez que o biomaterial tem de ter uma integridade mecânica suficiente para garantir o processo de remodelação do tecido lesado e/ou servir de suporte (no caso da aplicação de uma prótese). A resistência mecânica dos biomateriais é imprescindível para a formação da matriz, para o desenvolvimento de uma estrutura de suporte, de forma a suportar a carga, ao mesmo tempo que deve apresentar porosidade suficiente para o crescimento celular e para a remodelação da homeostase (Salgado et

al., 2004; Hutmacher et al., 2007; Martins et al., 2010). Os materiais devem ser selecionados de modo a permitirem o suporte da estrutura óssea até à formação do novo tecido, ou seja, até que haja remodelação do tecido do hospedeiro, capaz de suportar cargas, tensões e poder assegurar o seu papel estrutural (Hollister, 2005; Butscher, 2011). Nos últimos anos têm sido desenvolvidos muitos materiais que apresentam boas propriedades mecânicas, contudo isso deve-se ao facto de apresentarem uma fraca porosidade, o que vai também condicionar a aplicabilidade do biomaterial

in vivo, pois reduz a adesão e a proliferação celular e não permite uma vascularização adequada. Deste modo, é necessário existir um equilíbrio entre as propriedades mecânicas e a porosidade.

- Porosidade – A porosidade reveste-se de uma importância fulcral nos biomateriais implantados no tecido ósseo, uma vez que, uma arquitetura suficientemente porosa e interligada permite assegurar a infiltração de células e FCs, adesão e proliferação celular, uma adequada difusão do oxigénio, nutrientes, para a construção de uma nova matriz celular, bem como permitir a difusão dos produtos de degradação e metabolitos para fora do organismo, sem a interferência de outros órgãos ou tecidos e ainda a vascularização do tecido que se pretende regenerar. O tamanho dos poros também é muito importante, uma vez que as células interagem com os biomateriais através dos grupos químicos (ligantes) que se encontram na sua superfície. Deste modo, o biomaterial deve apresentar uma estrutura porosa interconectada (mais de 90% e tamanhos de poros entre 100-350µm).

- Propriedades de superfície dos biomateriais – Para além da porosidade, outras propriedades de superfície devem ser tidas em conta na construção de um scaffold, afim de, promover a proliferação, adesão e diferenciação das células. A morfologia, a hidrofilicidade e a carga de superfície são fatores de controlo, in vitro, da adesão celular, migração, crescimento, propagação e sinalização intracelular. In vivo as propriedades de superfície dos biomateriais contribuem para o recrutamento de células e para o interface tecido-scaffold (Puppi et al., 2010). Ou seja, aquando da inserção do scaffold no local de defeito, este vai contatar com o ambiente fisiológico circundante e vai sofrer um reconhecimento biomolecular por parte das células (Puppi

et al., 2010). Este reconhecimento deve permitir a integração biológica do scaffold no meio envolvente de forma a proporcionar uma formação/reparação óssea eficaz. A incorporação de ligantes bioativos nos scaffolds tais como: peptídeos e polissacarídeos (fibronectina, laminina e vitronectina) têm favorecido a sua integração no organismo. Recentemente, têm sido incorporadas nos scaffolds sequências curtas de peptídeos derivados de proteínas da ME (por exemplo: Glu7-Pro- Arg -Gly-Asp-Thr, Ser-Val-Val-Tyr-Gly-Leu-Arg (SVVYGLR); peptídeos arginina-glicina-ácido aspártico (RGD)). Estas sequências vão ser reconhecidas pelas membranas das células, que desta forma através respostas celulares específicas vão promover a adesão celular e consequentemente a regeneração óssea (Fujisawa et al., 1997; Egusa et al., 2009; Puppi et al., 2010; Wojtowicz et

al., 2010).

- Arquitetura/Design do scaffold – Aquando do desenvolvimento de um scaffold é importante a projeção de uma determinada arquitetura. Os scaffolds devem possuir uma estrutura porosa interconectada com elevada porosidade para permitir a penetração celular e a difusão de nutrientes e metabolitos celulares para a ME. A porosidade também é importante para garantir a vascularização do tecido. Contudo, a porosidade deve ser adequada de forma a que o scaffold possua resistência mecânica e ao mesmo tempo reproduzir a estrutura óssea nativa. A arquitetura do scaffold deve ter em conta o local onde este vai ser aplicado e a extensão da lesão.

- Tecnologia de fabrico – Por fim, para que um biomaterial possa ser usado em meio clínico tem de se ter em conta o seu processamento de fabrico, as tecnologias/métodos utilizados e os custos associados. Desta forma, o desenvolvimento de um biomaterial para além da seleção do material, deve também ter em conta a tecnologia de processamento mais adequada.