Os biomateriais cerâmicos, como conhecemos hoje, começaram a ser aplicados na década de 70, em contrapartida aos implantes metálicos, que apresentavam as primeiras falhas em compatibilidade e utilização. Essa necessidade se deu principalmente pelo fato dos biomateriais cerâmicos, mesmo apresentando propriedades mecânicas insuficientes se comparados aos metais, se assemelhavam
35 mais com as propriedades do tecido ósseo. Isso favorece sua aplicação neste âmbito, com destaque aos implantes osseointegrados (AZEVEDO, 2007).
O primeiro uso de biomaterial cerâmico ocorreu em 1894, com Dreesman. Ele relatou que o gesso (𝐶𝑎𝑆𝑂4. 1/2𝐻2𝑂) seria um possível substituto para os ossos, tendo resistência baixa e rápida fragmentação e degradação. Entretanto, com a evolução dos estudos percebeu-se que essas propriedades não favorecem sua aplicação em implantes, não entrando na lista de biocerâmicas (AZEVEDO, 2007;
KRIEGER, 2003).
As cerâmicas são compostos inorgânicos, formadas por elementos metálicos e não-metálicos com ligações iônicas e/ou covalentes; isto é, ligações difíceis de serem quebradas. Isso atribui ao biomaterial, essencialmente uma baixa condutividade elétrica e térmica, por não possuir elétrons livres na sua estrutura.
Apesar de serem consideradas geralmente inertes, esse comportamento depende do ambiente que o biomaterial está inserido. Como descrito nos capítulos anteriores, a presença de proteínas e enzimas especificas, ambiente fisiológico, pH, dentre outros aspectos interferem na interação do biomaterial com o tecido ou o organismo (KRIEGER, 2003).
Existem duas principais classificações de cerâmicas que são usadas como biomateriais: as cerâmicas estruturais (ou técnicas) e as reabsorvíveis ou solúveis (essas relacionadas as “biocerâmicas”). Dois principais exemplos de cerâmicas estruturais são a alumina (𝐴𝑙2𝑂3) e a zircônia (𝑍𝑟𝑂2), que são usadas por possuírem baixa reatividade química e insolubilidade em água. Das solúveis, esse comportamento de solubilidade depende de sua composição, processamento e forma final, assim como do pH do local e do 𝑝𝑂2 (BLACK, 2006).
Com isso, os biomateriais cerâmicos podem ser divididos em bioinertes, bioativos e bioreabsorvíveis. As bioinertes, como a alumina e a zircônia tem baixa interação com o tecido hospedeiro, de maneira a manter suas propriedades físicas e mecânicas depois de implantadas e não provocar resposta no tecido. Já as bioativas são conhecidas por estimular o processo de regeneração do sistema tecidual, interagindo com o tecido ao redor do implante - como por exemplo a hidroxiapatita e os biovidros. Por último estão as cerâmicas biorreabsorvíveis, que sofrem degradação
36 por vias biológicas ou químicas, sendo estáveis a longo prazo (PIRES; BIERHALZ;
MORAES, 2015).
Apesar da dificuldade em se traçar regras gerais, alguns princípios podem ser importantes para o estudo do comportamento das cerâmicas: (1) Formas cristalinas tendem a ser menos solúveis que materiais amorfos e vítreos; (2) Formas hidratadas ou com um fator de molhabilidade maior tendem a ser mais solúveis que materiais não hidratados da mesma composição; (3) A perda de massa por unidade depende da área da superfície, assim, materiais porosos ou finos tendem a se dissolver mais rapidamente do que os de forma sólida e não porosa (BLACK, 2006).
Em relação às suas aplicações, as cerâmicas são usadas principalmente para reparo e reconstrução de partes do sistema musculoesquelético. A escolha para uma determinada aplicação dependerá do tipo de biocerâmica e da fixação necessária.
Cerâmicas densas, não-porosas, quase inertes, como 𝐴𝑙2𝑂3 e 𝑍𝑟𝑂2, se ligam ao crescimento ósseo em irregularidades superficiais pela fixação mecânica (DOROZHKIN, 2010).
As cerâmicas porosas, por sua vez, podem facilitar o crescimento ósseo e a regeneração tecidual sendo estudadas como scaffolds para a engenharia de tecidos.
As bioativas podem ser usadas como revestimentos em implantes metálicos.
Cerâmicas e vidros reabsorvíveis na forma de pó ou em grânulos são concebidos para serem reabsorvidos no corpo à taxa semelhante de formação de um osso novo, por exemplo. Sendo assim, tem-se uma grande variedade de aplicações e possíveis estudos relacionado às aplicações desse tipo de biomaterial (HENCH, 2005).
37 9. INFLUÊNCIA DAS PROPRIEDADES DOS MATERIAIS NA BIOCOMPATIBILIDADE
O termo biocompatibilidade é usado tão amplamente e em diversas áreas que o significado original da palavra pode estar ficando cada vez mais amplo. Apesar disso, não existe nenhuma dúvida de que a biocompatibilidade é de suma importância para implantes de materiais médicos, sintéticos ou naturais. Quando falamos que um biomaterial é biocompatível, algumas perguntas vêm à tona como: como podemos medir a biocompatibilidade? Podemos quantificá-la? Como podemos melhorar e otimizar a biocompatibilidade para cada classe de biomaterial? Algumas dessas perguntas já podem ser respondidas com certa certeza, mas a grande maioria dessas e de outras ainda estão sendo estudadas (RATNER, 2015).
A biocompatibilidade teve sua evolução por volta de 1970, mas foi em 1987 em que Williams publicou um livro em que chegou-se em um consenso sobre o significado do termo. De acordo com ele, biocompatibilidade pode ser caracterizada como “a habilidade de um biomaterial em realizar um resposta apropriada em uma aplicação específica em um hospedeiro”. Apesar de suficiente para a época, hoje já não supre as demandas atuais. Existem muitos conceitos da biologia, medicina e engenharia que impactam direta e indiretamente na biocompatibilidade (RATNER, 2015).
Conceitos de biocompatibilidade e biofuncionalidade são de extrema importância para a obtenção de materiais cada vez mais otimizados e que causem uma resposta toxicológica e inflamatória cada vez menor. De maneira geral, temos que quando um biomaterial é implantado dois tipos de respostas ocorrem à essa intervenção: a resposta local e aguda e a resposta sistêmica e remota (DUCHEYNE, 2017).
Na resposta local, tem-se em mente que para o implante de um biomaterial em algum tecido ou órgão é sempre necessário uma intervenção cirúrgica. Essa intervenção por si só já acarreta na ativação de dois principais processos; (1) inflamação, que nada mais é que a reação inicial do corpo e que envolve mudanças na microvasculatura e na composição celular do tecido; (2) a fase de reparo em que o tecido tenta se reestruturar funcionalmente o dano. Além disso, se uma incisão for feita, temos sangramentos dos vasos afetados e a consequente ativação da coagulação e de seus processos (DUCHEYNE, 2017).
38 Na resposta sistêmica, considera-se que existe uma reação resultante da liberação de quaisquer produtos, oriundos do biomaterial, no tecido e a distribuição desses produtos é de grande importância para o corpo. Esses produtos podem ser vistos apenas no tecido local ou podem, de maneira mais ativa, rapidamente ter acesso à vasculatura e ser rapidamente disseminados na corrente sanguínea e consequentemente em muitos órgãos e tecidos do corpo. Em algumas circunstâncias, os produtos podem sofrer biodegradação e/ou metabolismo e ser excretados na urina ou nas fezes sem deixar resíduos. Por exemplo, íons metálicos, em particular, podem ser demonstrados no sangue, na matéria excretada e em vários órgãos após a implantação de próteses, podendo até causar câncer (DUCHEYNE, 2017)..
Conforme visto, cada tipo de biomaterial oriundo de uma classe específica, possui suas características e aplicações que variam de forma rotineira. Sendo assim, torna-se importante a discussão e a investigação dos efeitos e respostas que cada classe pode causar, tanto no seu local de implantação quanto no corpo como um todo (RATNER, 2004).