CENTRO UNIVERSITÁRIO DE BRASÍLIA
FACULDADE DE CIÊNCIAS DA EDUCAÇÃO E SAÚDE
GRADUAÇÃO EM BIOMEDICINA

Bioengenharia de tecidos

AMANDA BENTES SIMÕES

BRASÍLIA ­ DF
2013

AMANDA BENTES SIMÕES

Bioengenharia de tecidos

Trabalho de conclusão de curso,
apresentado no formato de artigo
científico ao UniCEUB como requisito
parcial para a conclusão do Curso de
Bacharelado em Biomedicina.
Orientador: Prof.
Queiroz da Silva.

BRASÍLIA ­ DF
2013

Dr.

Paulo

Roberto

Bioengenharia de tecidos

AMANDA BENTES SIMÕES*; PAULO ROBERTO QUEIROZ DA SILVA**

Resumo
A bioengenharia de tecidos mistura técnicas biomédicas e computacionais
com o intuito de realizar a produção de tecidos em laboratório. Materiais como os
hidrogéis e os biopolímeros são estudados para utilização em suportes para
crescimento celular e implantes bioreabsorvíveis. Novas possibilidades de
tratamento surgem com essa técnica ­ não apenas o crescimento de tecidos, mas a
fabricação de órgãos. O presente artigo descreve os princípios e aplicações da
bioengenharia na reconstrução de tecidos e levanta questões importantes que
devem ser discutidas a fim de que essa técnica possa ser cada vez mais estudada
e, assim, um dia seja aplicada no cotidiano de hospitais da rede pública.

Palavra- Chave: Bioengenharia tecidual. Engenharia biomédica. Regeneração
tecidual. Biomateriais. Impressão 3D.

*Graduanda do curso de Biomedicina do Centro Universitário de Brasília - UniCEUB
** Biólogo, Doutor em Biologia Animal pela Universidade de Brasília ­ UnB,
professor do curso de Biomedicina do Centro Universitário de Brasília ­ UniCEUB

AGRADECIMENTOS

Aos meus familiares, que me apoiaram na decisão de entrar no curso e me
ajudaram a continuar por todos esses anos.
Ao Daniel e à Monique, que não me deixaram sair do curso no primeiro semestre.
Aos amigos, que me mantiveram sã em tempos de estudo árduo.
Aos professores, que, cada um do seu jeito, fizeram de mim uma pessoa melhor e
uma profissional digna.
Ao meu orientador, que me mostrou como eu quero ser quando crescer e me deu
importantes dicas que levarei comigo pela vida inteira.
Ao meu namorado, que me apoiou incondicionalmente durante toda essa jornada,
me ajudando em cada semestre, em cada prova, em cada momento de surto
iminente. Você foi o meu chão e meu porto seguro.
Obrigada a todos, pois, sem vocês, eu não seria a pessoa que sou hoje.

"O que fazemos para nós morre conosco. O que fazemos pelos
outros e pelo mundo continua e é imortal."
(Albert Pine)

6

INTRODUÇÃO
Tecido é um conjunto de células especializadas, iguais ou diferentes entre si,
separadas ou não por matriz extracelular e que realiza uma função em um
organismo pluricelular (JUNQUEIRA; CARNEIRO, 2011). Quando parte dessas
células é perdida em uma grande lesão tecidual, que não consegue ser reparada
fisiologicamente, há a necessidade de um auxílio externo. Esse auxílio vem tanto por
meio de técnicas cirúrgicas, como também, por meio do desenvolvimento de novas
tecnologias

biomédicas.

Segundo

Santos

e

Wada

(2007)

existem

dois

procedimentos que visam suprir a falta dos tecidos e órgãos danificados ou
comprometidos: os transplantes e os implantes.
Em relação aos transplantes, os tecidos ou órgãos podem ser obtidos de
doadores vivos (ou com morte cerebral), como no caso do coração ou rins, ou de
cadáveres, como no caso de ossos liofilizados e congelados. Em alguns casos, para
a utilização dos mesmos, torna-se necessária a administração de drogas
imunossupressoras, com o intuito de evitar a rejeição dos órgãos, e de outros
medicamentos que neutralizem a possível contaminação microbiana (SILVEIRA,
2009).
Por outro lado, dispositivos desenvolvidos para servirem como implantes,
além de não apresentarem vários dos problemas referidos acima, são desenvolvidos
para atuarem na interface com os tecidos receptores no organismo, interagindo com
eles (BARBANTI, 2005; STEVENS, 2005; CARVALHO, 2010).
Os implantes, portanto, são dispositivos utilizados para substituir uma
estrutura tecidual ausente, de forma a mimetizá-la (KHADEMHOSSEINI; LANGER,
2007). Existem dois tipos de implantes: permanentes e temporários. O primeiro
grupo tem como objetivo substituir um tecido lesionado por tempo indeterminado.
Dessa forma, são produzidos de modo a reter as suas características mecânicas e
físico-químicas por longos períodos. Esses tipos de dispositivos são comumente
empregados experimentalmente como próteses (SANTOS; WADA, 2007). O
segundo grupo funciona como um suporte que preencha apenas temporariamente a
região lesionada, até que a recomposição tecidual se concretize, ou ainda que
direcione o processo regenerativo (SANTOS; WADA, 2007).

7

Os implantes estão normalmente ligados a processos inflamatórios crônicos,
já que seus materiais são detectados como corpos estranhos, gerando uma resposta
imunitária (ANDERSON, 2001; ANDERSON et al, 2007). Podem causar a rejeição
da prótese, levando à necessidade de retirada da mesma ou até da área na qual foi
implantada (incluindo outros tecidos que não faziam parte da lesão tecidual inicial)
(ONUKI; PAPADIMITRAKAPOULOS, 2008).
Para evitar esse tipo de resposta, surgiu a bioengenharia de tecidos, que
oferece não somente a possibilidade de menor resposta imunitária (já que usa
materiais tanto bioreabsorvíveis como pouco imunogênicos e tem a proposta de uso
de células do próprio paciente para crescimento em suporte), mas também a
possibilidade de novos campos biomédicos, como a criação de órgãos em
laboratório. Esta possível aplicação já está sendo estudada e desenvolvida,
aparecendo como uma promissora opção para o transplante de órgãos.
A partir dessas informações, o objetivo desse trabalho foi descrever os
princípios e aplicações da bioengenharia na reconstrução de tecidos a partir de
levantamentos

bibliográficos

de

artigos

científicos

publicados

em

revistas

relacionadas ao assunto.

DESENVOLVIMENTO

A presença de uma lesão tecidual envolve diversos processos, desde a lesão
propriamente dita até a sua reparação. Quando o tecido é lesionado, começa uma
resposta a fim de repará-lo. Inicialmente, ocorre a fase inflamatória, na qual o tecido
apresenta os sinais inflamatórios básicos (dor, calor, rubor e edema) e é preparado
para sua reparação podendo, até mesmo, perder temporariamente sua função
(principalmente devido ao edema). Em seguida, vem a fase proliferativa, marcada
pela alta taxa de mitose celular e pela formação de matriz extracelular e de tecido de
granulação (novo tecido formado no local, rico em colágeno). Por fim, constitui-se a
fase de remodelagem, caracterizada pela diminuição de fibroblastos e de
vascularização. Nesta fase, o tecido passa a ter a sua forma final ­ seja a de uma
cicatriz (reparo por cicatrização) ou do próprio tecido (reparo por regeneração)

8

(MENDONÇA; COUTINHO-NETTO, 2009).
Entretanto, quando a lesão é muito grande, o corpo pode ter dificuldades em
completar o processo de reparo. Quando isso ocorre, entram em cena as
possibilidades tecnológicas biomédicas, como cirurgias reparadoras, transplantes,
implantes e a própria bioengenharia de tecidos (CANCEDDA, 2003). As cirurgias
reparadoras são indicadas em situações em que o tecido sofreu grandes lesões,
mas não perdeu sua função. A cirurgia, neste caso, seria uma forma de facilitar a
reparação biológica. Os transplantes são indicados em casos de perda de função de
um órgão. O órgão pode ser substituído por outro, funcional, retirado de doadores
vivos ou mortos, dependendo do caso. Esta técnica envolve muitas outras questões
além da rejeição que pode ocorrer no receptor; o desconhecimento por parte da
família de potenciais doadores, por exemplo, é um forte empecilho em muitos casos
(PAULINO; TEIXEIRA, 2009).
Os implantes surgiram como uma forma de contornar esses obstáculos e
podem ser de dois tipos: temporários ou permanentes. A técnica de implantes
temporários tem menos implicações, pois usa como base polímeros bioreabsorvíveis
que, segundo Santos e Wada (2007), são materiais poliméricos e dispositivos
sólidos que mostram degradação pela diminuição de tamanho e que são
reabsorvidos in vivo; ou seja, são materiais que são eliminados por rotas
metabólicas do organismo. A biorreabsorção é um conceito que reflete a eliminação
total do material e dos subprodutos de degradação (compostos de baixa massa
molar) sem efeitos colaterais residuais.

Em

outras palavras,

substâncias

bioreabsorvíveis são aquelas que, após implantadas, farão parte do metabolismo do
corpo, ajudando a manutenção do implante e tendo seus subprodutos expelidos de
maneira natural, sem causar respostas imunitárias (STEVENS, 2005).
Mesmo com a existência de materiais bioreabsorvíveis implantáveis, em
alguns casos existe a necessidade de um implante de tecido propriamente dito e,
para esses casos, existe, como citado anteriormente, a bioengenharia de tecidos,
que consiste em um conjunto de técnicas que envolvem a expansão in vitro de
células viáveis do paciente doador sobre suportes de polímeros bioreabsorvíveis. O
suporte sofre degradação enquanto um novo órgão ou tecido é formado (BARBANTI

9

et al., 2005). Neste caso, os biomateriais são utilizados apenas como suporte para o
crescimento do tecido retirado do próprio paciente e, assim, o implante feito por essa
técnica tende a diminuir a probabilidade de rejeição. Os implantes permanentes
possuem duas possibilidades de estratégias de produção: a primeira (Figura 1) tem
a maior parte do substrato degradado antes mesmo da implantação no paciente; a
segunda (Figura 2) tem o substrato degradado in vivo.

Figura 1 - Estratégia I de produção de polímeros bioreabsorvíveis aplicados à
engenharia de tecidos (a linha vertical vermelha indica o momento de implante in
vivo). O eixo y indica a porcentagem de massa da amostra e o eixo x indica o
período de tempo em semanas.

FONTE: BARBANTI et al. (2005).

10

Figura 2 - Estratégia II de produção de polímeros bioreabsorvíveis aplicados à
engenharia de tecidos (a linha vertical vermelha indica o momento de implante in
vivo). O eixo y indica a porcentagem de massa da amostra e o eixo x indica o
período de tempo em semanas.

FONTE: BARBANTI et al. (2005).

A técnica envolve alguns passos que começam com a seleção e o
processamento do suporte (do inglês, scaffold), seguidos pela inoculação das
células sobre o suporte escolhido, o crescimento do tecido imaturo, o uso de um
bioreator para maturação do tecido e, finalmente, o reimplante cirúrgico do tecido
produzido, bem como sua assimilação pelo paciente (SAXENA, 2005).
O suporte é fundamental para o crescimento do tecido e pode ser feito de
forma plana ou tridimensional, de acordo com a necessidade do paciente
(OLIVEIRA, 2006). No caso de uma queimadura grave, por exemplo, o tecido pode
ser feito em um suporte plano, já que será implantado sobre a extensão da
queimadura. Já no caso de um implante de órgão, o tecido deve ser feito em suporte
tridimensional, com tamanho e forma do órgão do próprio paciente, obtido a partir de
ressonância magnética ou tomografia computadorizada (Figura 3).

11

Figura 3 ­ Programação da impressora 3D e modelos de válvula aórtica. (a) As
seringas foram carregadas com diferentes tipos de hidrogéis (substância utilizada
para produção de suporte tridimensional), misturados durante a impressão (malha de
hidrogel). Suportes estéreis foram gerados ao imprimir dentro de uma bolsa
autoclavada montada dentro de uma câmara laminar. (b) Foi feito um desenho
computadorizado de uma válvula aórtica em posição fechada. (c) Uma válvula
aórtica de porco foi submetida a tomografia computadorizada e (d) as regiões
valvares foram marcadas baseado em densidade tecidual. (e) As regiões marcadas
foram reconstruídas em desenho computadorizado e (f) o software de impressão
cortou o desenho em camadas, gerando cores diferentes para cada camada
(vermelho: contorno, verde: parte interna).

FONTE: HOCKADAY et al, 2012

Segundo Carvalho (2011) é necessária a biofabricação assistida por
computador, na qual são utilizados programas de CAD (Computer Aided Design), é
um programa para criação e edição de desenhos, amplamente utilizado em
engenharia e arquitetura para a criação do modelo do suporte e sua fabricação por
meio de impressora 3D ­ prototipagem rápida (PR), como mostrado na Figura 4.

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Figura 4 ­ Processo de fabricação de biomodelos por camadas. A imagem da
tomografia é passada para o computador (com o programa DICOM), melhorada com
CAD (que utiliza a linguagem STL) e, então, impressa por prototipagem rápida (PR).

FONTE: OLIVEIRA, 2007.

O crescimento do tecido é uma parte crucial do processo. Por se tratar de
células animais (retiradas do paciente que irá receber o implante), o crescimento
depende de alguns fatores especiais, como a adesão celular e a matriz tecidual.
Células animais não crescem em meios com agitação e necessitam de uma boa
adesão e nutrição para se adaptar e crescer. Isso implica em pesquisas relacionadas
aos melhores materiais para a produção do suporte, bem como a utilização de meios
de cultura ricos em substâncias que a célula possa utilizar para seu crescimento.
Para a maturação do tecido, entretanto, é utilizado um bioreator que tem como
função dar às células os estímulos físicos apropriados, a oferta contínua de
nutrientes, fatores bioquímicos e oxigênio, a difusão de todos os componentes
químicos pela estrutura e, ainda, a remoção dos subprodutos metabólicos, como o
ácido lático (KOROSSIS et al., 2005; PARTAP et al., 2010).
Após a maturação do tecido, este se encontra pronto para ser implantado no
paciente (ANDRADE, 2003). Este implante pode ser feito de forma não-invasiva
(sendo apenas colocado sobre o local lesionado, como no caso da queimadura

13

grave citada anteriormente) ou de forma cirúrgica (sendo inserido no local com ajuda
de técnicas invasivas, como no caso de um implante de rim, por exemplo). Implantes
assim já são possíveis, como descrito por Ott (2013), em cuja pesquisa um rim de
rato foi feito pela técnica de bioengenharia de tecidos e implantado, com produção
de urina in vivo.
Vários tipos de biomateriais são estudados para utilização em bioengenharia
de tecidos. Cada um tem diferentes características e, por causa destas, diferentes
aplicações.
Os hidrogéis surgiram inicialmente como materiais para encapsular células de
forma a protegê-las do sistema imune do receptor. Após extensas pesquisas acerca
das características físico-químicas dos hidrogéis, eles aparecem como uma
possibilidade de uso na bioengenharia de tecidos. Sua composição varia de acordo
com a intenção de aplicação, podendo conter diferentes substâncias (ou
concentrações) para ter maior rendimento (KHADEMHOSSEINI; LANGER, 2007).
Segundo Ekensair (2012), a porosidade, a resistência mecânica e o tempo de
degradação do material devem ser levados em conta e podem ser atingidos de
acordo com o entrelaçamento utilizado no momento da impressão. Uma das
propriedades do hidrogel é a capacidade de adesão, que faz dele um bom candidato
para o crescimento de tecido cartilaginoso (Figura 5). Já existem, também, hidrogéis
para cobertura de escaras (lesões lombares típicas de pacientes acamados por
muito tempo); eles atuam como uma matriz enriquecida para que as células do local
possam se multiplicar. Eles, ainda, absorvem fluidos, ajudando na cicatrização do
local.

Figura 5 - Propriedade de adesão dos hidrogéis.

FONTE: GAHARWAR, 2011.

14

Os poliácidos como o PLA (poli-L-láctico) e o PLG (poli-L-glicólico) são
poliésteres biodegradáveis e, como tais, seus produtos de degradação são
comumente encontrados no organismo, tanto no plasma sanguíneo quanto em
tecidos. Eles podem ser feitos com diferentes concentrações, de forma que sejam
utilizados em diferentes contextos (ANDRADE, 2006). Uma das principais áreas de
estudo para esses compostos é a fabricação de matriz temporária para o tecido
cartilaginoso (SANTOS; WADA, 2007). Materiais a base de alginato também estão
sendo alvos de estudos (Figura 6), muitos dos quais já mostram uma maior taxa de
crescimento de condrócitos quando crescidos em meio com alginato (ANDRADE,
2006).

Figura 6: Crescimento de condrócitos em hidrogel de alginato.

FONTE: BITTENCOURT et al, 2009.

Para a fabricação de dispositivos de uso ósseo, são utilizados também os
poliácidos, mas, dessa vez, enriquecidos com derivados de hidroxiapatita, fatores de
crescimento e algumas substâncias características dos tecidos ósseos (como as
proteínas morfogenéticas ósseas ou BMPs) (SANTOS; WADA, 2007). Esses
materiais são muito utilizados não somente na ortopedia, mas também na área
bucomaxilar, com a fabricação de pinos e, até mesmo, enxertos (Figuras 7 e 8).

15

Figura 7 - Caso de paciente com malformação congênita do crânio. Modelo para
produção de biomodelo de crânio e da peça para implante, gerado utilizando o
desenho computacional (com ajuda de CAD) a partir da ressonância magnética do
paciente.

FONTE: RAMOS; CARVALHO, 2007.

Figura 8: Caso de paciente com malformação congênita do crânio e consequente
abaulamento cranial. Biomodelo (a) feito a partir de ressonância magnética e CAD;
implante da peça no crânio (b); paciente antes (c) e depois do implante (d).

FONTE: RAMOS; CARVALHO, 2007.

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Para a pele, são estudados dispositivos à base de poli(tereftalato de
etileno)/poli(tereftalato de butileno) ­ ou PGT/PBT. Estes materiais apresentaram
resultados promissores, por chegarem a uma estrutura com características muito
parecidas com as da pele (Figura 9). Além deles, são estudados também o colágeno
(que, apesar de ter algumas vantagens como a grande disponibilidade, apresenta
desvantagens importantes como a baixa resistência a forças mecânicas após o
implante) e a quitosana (tratado com ácidos de forma a se tornar um composto não
imunogênico), separadamente ou juntos em uma blenda (o que parece garantir uma
melhor resposta de crescimento tecidual) (PAGGIARO, 2007; SANTOS; WADA,
2007).

Figura 9: Evolução histológica de composto equivalente dermo-epidérmico imerso
em cultura e, após sete dias, colocado sobre suporte plano para avaliação de
crescimento.

FONTE: PAGGIARO, 2007.

CONSIDERAÇÕES FINAIS

A bioengenharia de tecidos surgiu como uma alternativa para o transplante de
órgãos e tecidos. Entretanto, como toda nova tecnologia, apresenta alguns

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problemas ­ alto custo, escassos recursos para pesquisas, poucos pesquisadores
na área, dificuldade na interface biomedicina e engenharia de computação.
Para que a bioengenharia de tecidos possa ser utilizada em programas
públicos como o Sistema Único de Saúde (SUS), mais pesquisas devem ser feitas
com o intuito de dominar a técnica e torná-la mais acessível. Novos materiais, mais
baratos, devem ser estudados para que a possibilidade de rejeição seja cada vez
menor e sua aplicação, mais viável.
Com o surgimento de uma técnica tão promissora quanto a bioengenharia de
tecidos, surge a necessidade de utilização de células para crescimento em suportes
biopoliméricos. A principal possibilidade é o uso de células-tronco, dada a sua
característica pluripotencial. Entretanto, questões éticas surgem com essa
possibilidade, devendo ser levantadas e discutidas, para que a técnica possa ser
estudada e melhorada, possibilitando sua utilização futura.

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Tissue bioengineering

AMANDA BENTES SIMÕES*; PAULO ROBERTO QUEIROZ DA SILVA**

Abstract
Tissue bioengineering mixes biomedical and computational techniques in
order to achieve the production of tissues in laboratory. Materials as hydrogels and
biopolymers are being studied in order to make scaffolds for cellular growth and
bioreabsorbable implants. New treatment possibilities rise with this technique ­ not
only the growth of tissues but the manufacturing of organs. This article describes the
principles and applications of bioengineering in tissue reconstruction and raises
some important issues that must be discussed in order to make this technique a
focus for studies and, as such, a possible application in public hospitals.

Key words: Tissue bioengineering. Biomedical engineering. Tissue regeneration.
Biomaterials. 3D printing.

19

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