Materiais – Biofabris cria polímeros para próteses

Desenvolver polímeros de fontes renováveis como alternativas aos metais utilizados em próteses destinadas à reconstrução de partes do corpo humano é um dos objetivos do INC&T-Biofabris (Instituto Nacional de Ciência & Tecnologia Biofabris), rede de laboratórios composta por núcleos instalados em doze instituições, entre elas: Universidade Estadual de Campinas (Unicamp), Universidade de São Paulo (USP), Instituto de Pesquisas Nucleares (Ipen), Ministério da Ciência e Tecnologia e Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia (INCT).

Na Unicamp, as pesquisas do Biofabris já resultaram em novidades, como um novo monômero – a caminho de gerar um polímero –, cuja fonte é a laranja, e um poliuretano proveniente do poliol do açaí, capaz de substituir metais como o titânio em próteses cranianas ou destinadas à região da face (poliol é uma substância extraída dos despolpados – frutos já sem a polpa –, do açaí).

De acordo com Luiz Jardini Munhoz, pesquisador do Biofabris, da Unicamp, desde a sua criação, em 2009, já há algum uso de polímeros em próteses para o crânio ou para a face. Entre eles, destaca-se hoje o PMMA (polimetilmetacrilato), um derivado do petróleo. “E em próteses ortopédicas para joelho e fêmur, por exemplo, nas quais a solicitação mecânica é maior, o titânio ainda é mais adequado”, destaca Munhoz.

Mas ele ressalta: embora apresente determinadas vantagens quando aplicado em próteses, como biocompatibilidade (não gera reações indesejáveis nos organismos), e elevada resistência, nesse uso o titânio também tem desvantagens, como peso elevado e densidade.

Além disso, é um material caro e sua fixação é feita somente com parafusos, passíveis de rompimento, podendo criar problemas de deslocamento de próteses. “As próteses de polímeros também são fixadas com parafusos, mas como a elaborada com açaí é porosa, permite o crescimento celular do osso no interior das próteses, melhorando a fixação”, argumenta Munhoz, citando o desenvolvimento do poliuretano formulado com o poliol do açaí, promovido no Biofabris pela pesquisadora Laís Pellizzer Gabriel.

E mesmo as próteses sujeitas a grandes solicitações mecânicas logo poderão ser confeccionadas também com polímeros, prevê Anderson Bonon, pesquisador responsável por estudo destinado a gerar um polímero utilizando a laranja em um processo to-talmente limpo (ver box). Segundo ele, atualmente, o Biofabris pesquisa epóxis provenientes não apenas da laranja, mas também da mamona, com os quais será possível sintetizar polímeros muito resistentes. “À medida que consigamos estabelecer bem os protótipos para a polimerização desses epóxidos, teremos polímeros com características de resistência muito superiores às dos metais”, projeta Bonon.

Ciência melhora biocompatibilidade

Anderson Bonon pesquisa, no núcleo do Biofabris, da Unicamp, materiais cuja biocompatibilidade seja referendada por todo o processo de sua produção, desde a obtenção do pré-monômero, proveniente de fontes vegetais, passando pela transformação em monômero para chegar à estruturação do polímero.

Segundo Bonon, muitos polímeros hoje utilizados em próteses provêm de monômeros oriundos do petróleo e, alguns deles, embora não sejam prejudiciais ao organismo humano, têm origem em substâncias tóxicas; caso do PMMA, cujo monômero é o metacrilato de metila. “E, ao final da síntese polimérica, sempre sobram monômeros residuais que devem ser removidos com técnicas apropriadas”, explicou.

A pesquisa de Bonon tem como base o limoneno extraído do óleo da laranja (integrante da categoria dos terpenos, o limoneno é o responsável principal pelo aroma desse fruto). “É uma fonte limpa, pois esse óleo é um resíduo da extração de suco, e não tem nenhum contaminante tóxico”, salientou.

Seu trabalho começou pelo desenvolvimento de um processo de extração do limoneno do óleo da laranja, e prosseguiu com sua posterior transformação em epóxido, sem a utilização de catalisadores ou oxidantes tóxicos, e também sem gerar resíduos com essa característica: “O oxidante do processo convencional, ácido peracético, por exemplo, libera um mol de ácido acético para cada mol de produto. Isso acarreta aumento nos custos de obtenção do produto final e no tratamento de efluentes, enquanto nosso processo libera apenas água”, comparou Bonon.

Depois de desenvolver um monômero com base no limoneno, ele agora trabalha na confecção do polímero: “Estamos avançando rapidamente: em dois anos, desenvolvemos todo o processo de obtenção do pré-monômero e do monômero, daqui a três ou quatro anos chegaremos ao polímero”, projetou Bonon.

Segundo ele, ainda não é possível dizer exatamente quais serão as características e as melhores aplicações desse polímero,pois seu monômero é totalmente novo. “Tudo indica que será um polímero muito resistente e leve, com aplicações tanto na área ortopédica quanto na odontológica”, detalhou. “Essas aplicações requerem materiais com alto desempenho mecânico e, se possível, leves (tudo indica que será um polímero pouco denso), para causar menos desconforto ao usuário”, finaliza o pesquisador, que vê no processo no qual trabalha potencial para a geração de três ou quatro patentes.

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Laís Gabriel desenvolveu o poliol de açaí (abaixo) e Munhoz (esq.) busca insumos mais eficientes para próteses


Materiais bioabsorvíveis
 – Outra vertente das pesquisas atualmente em desenvolvimento no núcleo da Unicamp do Biofabris é a chamada Engenharia Tecidual (algo como o desenvolvimento de dispositivos que, após a implantação nos pacientes, no tempo certo, são eliminados por sistemas do próprio organismo, como a urina).

Entre os polímeros já utilizados nesse processo de construção de dispositivos bioabsorvíveis aparecem o PLA (ácido poliláctico) e o PGA (ácido poliglicólico). “O PLA tem sido utilizado em parafusos e placas de fixação. Como o ácido lático é produzido pelo próprio corpo humano, ele é eliminado pelo processo de hidrólise”, explica Munhoz.

Segundo ele, parafusos de PLA têm sido muito empregados em cirurgias plásticas, mas um único deles pode custar até mil dólares. “O ácido lático do qual se obtém o PLA é hoje importado, mas temos pesquisas para produção de PLA biotecnológico utilizando a cana-de-açúcar”, destaca o pesquisador.

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poliol de açaí

Na Unicamp, o Biofabris hoje desenvolve também materiais para a construção de pele e cartilagens; por exemplo, o hidrogel, um acrilato com densidade similar à de um menisco, proveniente do 2 hidroximetil metacrilato “No processo de construção de cartilagens, usa-se também o PVA (polivinil álcool)”, complementa Munhoz.

O Biofabris emprega processos químicos mesmo no desenvolvimento de versões mais eficientes de próteses de titânio e de ligas de titânio: uma das teses ali em andamento estuda a incorporação, pelo processo de plasma frio, de polímeros de biocerâmicas – cerâmicas biocompatíveis, como trifosfato de cálcio e hidroxiapatita – às próteses metálicas. “A incorporação dessas biocerâmicas às próteses serve para melhorar a parte da biointegração, aceitação óssea, e mesmo a resistência mecânica”, justifica Munhoz.

Demanda aquecida – O Biofabris é financiado principalmente por recursos provenientes de órgãos de fomento à pesquisa, como a Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (Fapesp), e a Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro (Faperj). Seus projetos envolvem profissionais de diversas áreas, como engenharia, medicina e odontologia, entre outras.

Em seu núcleo da Unicamp, pesquisa também, nesse caso, em parceria com a Faculdade de Medicina da mesma universidade, a incorporação de células em biorreatores, projetadas para, via estímulos mecânicos e eletromagnéticos, incitar a criação de partes do corpo humano.

A infraestrutura desse núcleo hoje inclui uma máquina de Sinterização Direta de Metal por Laser (DMLS) capaz de confeccionar as próteses de titânio com informações geradas por modelamento matemático: instalado em 2010, esse equipamento exigiu in-vestimentos de aproximadamente 700 mil euros.

Além do titânio, conta Munhoz, outros metais são utilizados em próteses, como liga de cobalto e cromo, e aço inox 316L. “Mas tem crescido bastante o processo de substituição dos metais pelos polímeros. O PMMA tem um uso já consagrado nessa área, e tem crescido o uso do PLA”, ele destaca.

Mais de quarenta alunos/pesquisadores hoje desenvolvem no núcleo do Biofabris da Unicamp teses de mestrado, doutorado e pós-doutorado, em cerca de 25 temas diferentes. Ali já foram defendidas doze dissertações, e requeridas onze patentes “Há uma demanda muito grande por próteses, basta ver, por exemplo, a grande quantidade de acidentes com motoqueiros, ou a necessidade de reconstituir partes perdidas ou desfiguradas dos corpos, para melhorar a qualidade de vida das pessoas”, enfatiza Munhoz.

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