História e Aplicações da Bioengenharia

Bioengenharia História A proposta de usar engenharia para melhorar a vida e a saúde das pessoas vem de tempos antigos um dos primeiros exemplos é uma prótese de dedo feita de madeira de couro encontrada em uma múmia de mais de 3000 anos de idade Com o passar do tempo as técnicas foram se aprimorando e geraram métodos e equipamentos que usamos nos dias atuais Áreas SubÁreas SubÁreas correlacionadas Engenharia e saúde Engenharia Clínica Apoia e auxilia no progresso dos pacientes unindo a engenharia aos conceitos médicos através dos aparelhos tecnológicos Engenharia de Reabilitação Surgiu da necessidade de assistência aos doentes da Segunda Guerra Mundial e atua devolvendo as funções dos músculos paralisados e das funções sensoriais Biomecânica É a captação da geometria dos músculos e a representação dos movimentos dos mesmos Biotecnologia É relacionada a transformação de células ou partes delas sejam de seres animais ou vegetais Bioengenharia Auxilia nos instrumentos utilizados nas áreas de saúde tais como biomateriais próteses implantes e órgãos artificiais PROCESSO PARA OBTER INSULINA Bioengenharia Área que aplica as técnicas e ferramentas da engenharia para desenvolver análises e tecnologias em sistemas biológicos envolve a prática das ciências exatas para estudo dos organismos vivos O que gera importantes métodos usados na medicina e em outra áreas Bioengenharia Eles não se restringem somente a Aparelhos Eletrônicos e Aplicativos Digitas mas também incluem tecnologias alternativas que têm o intuito de melhorar a vida das pessoas Um bom exemplo é a área da medicina diagnóstica em que a medicina e a tecnologia se unem para oferecer aquilo que há de melhor aos pacientes reduzindo o tempo de recuperação diminuindo a ocorrência de procedimentos invasivos e agilizando exames e resultados Cirurgia robótica Sua utilização começou em meados da década de 90 a partir de comandos por pedais e posteriormente comandos por voz Tendo como principal função o auxílio ao cirurgião uma vez que servia de suporte para equipamentos como iluminação e endoscópio necessitando assim de menos profissionais dentro da sala de cirurgia Na geração seguinte lançada no ano de 1998 eles deixam de ser auxiliares para se tornarem parte efetiva da cirurgia ou seja o cirurgião utiliza deste equipamento para realizar o procedimento sendo responsável apenas por manipulálo por meio de manoplas que reproduzem os movimentos dos braços do profissional e por um sistema de vídeo integrado para auxílio nas operações Cirurgia robótica O modelo anterior possuía apenas 3 membros já o mais recente conta com 4 membros sendo 1 exclusivo para uso do endoscópio contando com o sistema 3D de câmera para melhor visualização do procedimento e um estabilizador ajustável prevenindo desta forma os possíveis tremores de seu operador Além disso possui outros membros os quais tem as funções de corte pinça e sutura diminuindo acidentes cirúrgicos aumentando a precisão dos procedimentos e sendo menos invasivo podendo ser feito através de pequenos acessos gerando uma recuperação mais rápida e com menor risco pós cirúrgicos Eletrofisiologia A eletrofisiologia consiste no estudo das propriedades elétricas em células e tecidos Envolve medições de diferenças de potencial eléctrico numa vasta variedade de escalas desde simples proteínas de canais iónicos até órgãos completos Marcapasso m 1930 que o médico norteamericano Albert S Hyman desenvolveu aquele que seria o precursor do marcapasso no entanto a versão inicial era pouco segura e poderia eletrocutar o usuário Com o passar do tempo o aparelho foi sendo aperfeiçoado se tornando mais leve e podendo até mesmo ser monitorado a distância pelo médico Atualmente alguns modelos podem até mesmo resistir a procedimentos como a ressonância magnética Os marcapassos mais modernos são geralmente compostos por uma caixa de titânio com um circuito eletrônico movido a bateria e de um ou dois cabos com eletrodos que são conectados no local para o qual se pretende enviar os impulsos elétricos Mapeamento genético Assim como em várias outras áreas a engenharia da computação tem desempenhado um papel fundamental nos avanços da medicina moderna O mapeamento do genoma humano teria sido impossível sem a engenharia da computação envolvida para montar e analisar a vasta e complexa gama de dados Todo o DNA do ser vivo analisado seja uma bactéria seja um mamífero é inicialmente particionado em milhões de pequenos pedaços Estes pedaços são então lidos por máquinas de sequenciamento automático capazes de ler até 1000 nucleotídeos ou bases de uma só vez Um algoritmo de montagem de genoma é então utilizado para reunir todas as partes e colocálas na ordem original detectando todos os locais onde existe coincidências entre pedaços distintos de DNA As partes coincidentes podem ser fundidas unindo dois pedaços de DNA O processo é repetido até montar a sequência completa Bioimpedância A bioimpedância pode ser definida como a oposição que um sistema biológico oferece para a passagem de corrente elétrica Aliando os conhecimentos da engenharia com a medicina foi desenvolvido um medidor de composição corporal A técnica consiste em aplicar de forma indolor e não invasiva pequenas correntes elétricas que atravessam o sistema biológico Analisando o comportamento das correntes é possível descobrir aspectos diversos sobre a saúde que muitas vezes precisam de métodos invasivos para serem conhecidos Importante para o controle nutricional e de doenças inclusive em pacientes que farão cirurgia bariátrica ou se submetem a diálise o medidor de composição corporal diferencia a massa magra da massa gorda tecido adiposo existente no corpo É portanto muito mais preciso que o convencional índice de massa corporal que não distingue a massa gorda da massa total Biotecnologia conjunto de procedimentos envolvendo manipulação de organismos vivos para fabricar ou modificar produtos biofármacos Nesta técnica o princípio ativo do medicamento é obtido através do emprego industrial de microorganismos células ou bactérias por exemplo ou células modificadas geneticamente Fármacos biofármacos e imunobiológicos Usos Produção de anticorpos para detecção do fungo Kit desenvolvido pela Rheabiotech poderá antecipar diagnóstico de doença que ataca a soja em até cinco dias Folhas de soja ANTICORPOS O fungo Phakopsora pachyrhizi causador da ferrugem asiática da soja é aplicado em animais de teste que produzem anticorpos para combater o antígeno CENTRIFUGAÇÃO O sangue com anticorpos é coletado e o soro é separado dos demais componentes por meio de centrifugação para obtenção do soro imune CROMATOGRAFIA Os anticorpos do soro são isolados por um processo chamado cromatografia de afinidade Eles se ligam a uma proteína fixa na coluna cromatográfica TESTE RÁPIDO Em uma tira de teste são colocados os anticorpos que em contato com uma solução contendo folhas maceradas de soja detectam se elas têm a doença FONTE RHEABIOTECH PARCEIRA INFOGRÁFICO ANA PAULA CAMPOS ILUSTRAÇÃO ALEXANDRE AFFONSO Engenharia de tecidos É a aplicação de conhecimentos de biologia engenharia e de materiais para poder recriar tecidos e órgãos que sejam semelhantes ao que temos presentes nos organismos vivos Para isso são necessários materiais com capacidade de mimetizar os tecidos do nosso corpo células específicas dos tecidos ou célulastronco e fatores de crescimento para poder conversar e organizar as células de maneira semelhante em como ela é encontrada no corpo Foram possíveis grandes avanços nas últimas décadas como por exemplo o uso da pele artificial para reduzir e substituir o uso de animais em testes de cosméticos Ainda assim diversas pesquisas em empresas e universidades continuam para que possamos evoluir estes modelos como por exemplo adicionando uma maneira de nutrição semelhante aos nossos vasos sanguíneos Ainda é incerto quando que teremos estes tecidos disponíveis para tratamentos com pacientes mas definitivamente isto acontecerá no futuro Impressão 3D Uma das utilidades mais significativas dos objetos impressos em 3D é poder ajudar na medicina Cada vez mais a tecnologia é capaz de produzir objetos que ajudem em pesquisas ou no tratamento ou recuperação de pacientes com os mais diversos tipos de doença Imprimir órgãos e células tronco embrionárias humanas Células tronco que podem desenvolverse nos mais diversos tipos de tecido do corpo agora podem ser impressas pelo menos em laboratório Elas podem ser usadas para criar tecidos para testes farmacológicos ou crescer órgãos para transplante Imprimir vasos sanguíneos e tecido cardíaco Imprimir alguns tecidos já é uma realidade Pesquisadores imprimiram vasos sanguíneos e lâminas de tecidos que batem como um coração de verdade E podem ser disponibilizados no mercado Imprimir pele A engenharia tecidual de pele tem avançado muito ela pode ser usada para substituir pele lesada por queimaduras doenças de pele entre outras causas Recentemente cientistas tem adotado pele impressa em 3D em seu repertório Imprimir células Tal técnica pode levar a melhores jeitos de estudar doenças em laboratório e desenvolver terapias Um grupo de pesquisadores usou um sistema automatizado para imprimir células neoplásicas de ovário em um gel dentro de uma placa de Petri onde as células podem crescer e ser estudadas A proposta desta impressão possibilita aos cientistas estudar as células tumorais num ambiente mais sistemático preciso e usálas para testar fármacos Cientistas dos EUA criam partes do corpo humano em impressoras 3D James Gallagher Editor de Saúde da BBC News 17 fevereiro 2016 Engenharia de tecidos Consiste no desenvolvimento e manipulação de moléculas células tecidos ou órgãos crescidos em laboratório para substituir ou apoiar a função de partes de corpo defeituosas ou danificadas A engenharia de tecidos tem a intenção de cultivar virtualmente todo tipo de tecido humano Para se criar um tecido substituto vivo um número pequeno de células pode idealmente ser colhido do paciente usando uma técnica de biopsia e então cultivado em laboratório Estas células podem então ser expandidas em uma matriz biomaterial scaffold tridimensional natural ou sintética na presença de fatores de crescimento e diferenciação Se providas com as condições e sinais adequados as células irão secretar vários componentes de matriz extracelular para criar de fato um tecido vivo que pode ser usado como tecido substituto a ser reimplantado no sítio defeituoso no paciente Se células do paciente são usadas então não haverá nenhuma resposta de rejeição imune ao tecido implantado No text visible only images with medical devices and diagrams Scaffolds Na engenharia de tecidos os biomateriais atuam como scaffolds estruturas que agem como um suporte para o crescimento celular a fim de auxiliar na regeneração ou construção de um novo tecido Durante a formação deposição e organização da matriz recémgerada esperase que o scaffold vá sendo degradado e metabolizado deixando que o tecido ou órgão seja reestabelecido mantendo ou melhorando sua função Biomateriais Um biomaterial pode ser definido como qualquer material usado na fabricação de dispositivos para substituir uma parte ou função do corpo de forma segura confiável econômica e fisiologicamente aceitável O uso dos biomateriais inclui a substituição de uma parte do corpo que perdeu a sua função devido a uma doença ou trauma auxiliar na recuperação melhoria de alguma função e correção de anormalidades O papel dos biomateriais foi influenciado consideravelmente por avanços em muitas áreas da biotecnologia e da ciência SCAFFOLDS Os scaffolds são suportes nos quais células como por exemplo as célulastronco podem ser cultivadas com o propósito de construir um tecido in vitro A estrutura do scaffold fornece sustentação mecânica ao desenvolvimento celular bem como permite o transporte de nutrientes metabólitos fatores de crescimento e outras moléculas regulatórias tanto no sentido do meio extracelular para as células como o contrário Polímeros naturais Os polímeros de origem biológica são abundantes e seus produtos de degradação são biocompatíveis e nãotóxicos o que os torna seguros para utilização na constituição de biomateriais Além disso apresentam custo acessível e são obtidos de fontes renováveis No entanto devido à complexidade dos meios dos quais estes são extraídos e à variabilidade por vezes intrínseca da matériaprima sua purificação pode se mostrar relativamente complexa proteínas como colágeno elastina e fibroína da seda polissacarídeos como quitosana alginato goma xantana ácido hialurônico e pectina Polímeros naturais Os biomateriais naturais utilizados para a produção de scaffolds incluem componentes encontrados naturalmente na matriz extracelular natural como o colágeno ácido hialuronico glicosaminoglicanos hidroxiapatita Os scaffolds produzidos a partir desses materiais apresentam semelhança com os componentes do tecido hospedeiro além de bioatividade Polímeros sintéticos Enquanto isso os materiais sintéticos fornecem a versatilidade de criar microambientes tridimensioniais com características ajustáveis incluindo propriedades mecânicas hidrofiliahidrofobicidade e degradabilidade Poliamidas polietileno polipropileno poliacrilatos fluorocarbonos poliésteres poliéters poliuretanos e outros httpswwwyoutubecomwatchvHUpgHlWsdcfeatureemblogoabchannelICMS Engenharia de tecidos DOMINGO ESPETACULAR Humanonachip Cada órgãoemmicrochip individual é composto de um polímero flexível claro no tamanho de um cartão de memória de computador que contem canais microfluídicos ocos revestidos por células e tecidos que imitam a fisiologia do órgão vivo Forças mecânicas podem ser aplicadas e imitam o microambiente físico dos órgãos vivos incluindo movimentos respiratórios no pulmão e deformações do peristaltismo no intestino PELE DE TILÁPIA CONTRA QUEIMADURAS Utilização Desenvolvimento de medicamentos e tratamentos Indústria dos Cosméticos Desenvolvimento de produtos químicos Bioterrorismo Exposição à radiação