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Materiais bioativos

1969
  • Larry L. Hench
Bioglass samples in a laboratory for biomaterials research.

(Imagem gerada apenas para fins ilustrativos)

Materiais bioativos são uma classe de biomateriais projetados para desencadear uma resposta biológica específica e positiva na interface material-tecido, resultando na formação de uma ligação entre eles. Ao contrário dos materiais bioinertes, que visam uma interação mínima, os materiais bioativos participam ativamente dos processos de cicatrização. Um exemplo clássico é o Bioglass, que forma uma camada de hidroxiapatita em sua superfície, ligando-se diretamente ao osso.

O conceito de bioatividade foi pioneiro por Larry Hench com sua invenção, em 1969, do Bioglass® 45S5, uma composição específica de 45% em peso de SiO2, 24,5% de CaO, 24,5% de Na2O e 6% de P2O5. O mecanismo de ligação óssea envolve uma sequência de cinco reações químicas de superfície. Quando exposto a fluidos corporais, (1) ocorre uma rápida troca iônica de Na+ do vidro com H+ da solução, criando uma camada rica em sílica. (2) Isso aumenta o pH local, o que causa (3) a quebra da rede vítrea, liberando ácido silícico (Si(OH)4) e formando silanóis (Si-OH) na superfície. (4) Uma alta concentração local de íons de cálcio e fosfato, tanto do vidro quanto do fluido circundante, leva à formação de uma camada amorfa de fosfato de cálcio. (5) Essa camada cristaliza em hidroxiapatita carbonatada (HCA), que é química e estruturalmente semelhante à fase mineral do osso. Essa camada de HCA fornece um arcabouço bioativo para que os osteoblastos colonizem, se diferenciem e depositem nova matriz óssea, criando uma ligação forte, direta e perfeita com o osso hospedeiro. Esse processo, conhecido como osseointegração, é crucial para a estabilidade a longo prazo dos implantes. Além disso, os produtos de dissolução, particularmente o ácido silícico, demonstraram estimular genes em células osteoprogenitoras, aumentando a produção de fatores de crescimento. Isso torna o material não apenas osteocondutor (um arcabouço para o crescimento ósseo), mas também osteoindutor (estimulando ativamente a formação de novo osso).

UNESCO Nomenclature: 3201
Ciências médicas

Tipo

Processo Químico

Interrupção

Revolucionário

Uso

Uso generalizado

Precursores

  • desenvolvimento da ciência e fabricação do vidro
  • Compreensão da composição óssea e do papel da hidroxiapatita
  • Uso inicial de cerâmicas inertes como a alumina em ortopedia
  • Avanços nas técnicas de análise de superfície para estudar a interface material-tecido

Aplicações

  • Enxertos ósseos e preenchimento de cavidades em cirurgia ortopédica e odontológica
  • Revestimentos em implantes metálicos (ex.: hastes de quadril) para promover a osseointegração.
  • andaimes para engenharia de tecido ósseo
  • componentes em pastas de dente bioativas para remineralizar o esmalte
  • Curativos cicatrizantes que estimulam a reparação tecidual

Patentes:

  • US3929971A

Ideias de Inovação Potencial

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Relacionado a: bioativo, biovidro, Larry Hench, hidroxiapatita, osseointegração, ligação óssea, troca iônica, osteoindução, osteocondução, biomaterial cerâmico.

Contexto histórico

Materiais bioativos

1960
1960
1969
1976-05-28
1980
1990
1960
1965
1970
1980
1980
1990

(Caso a data seja desconhecida ou irrelevante, por exemplo, "mecânica dos fluidos", é fornecida uma estimativa aproximada de seu surgimento notável)

Princípios relacionados à invenção, inovação e tecnologia

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