PROCESSAMENTO E APLICAÇÃO DE BIOMATERIAIS POLIMÉRICOS: AVANÇOS RECENTES E PERSPECTIVAS

Bernardo, Marcela Piassi; Paschoalin, Rafaella Takehara; Santos, Danilo Martins dos; Bilatto, Stanley; Farinas, Cristiane Sanchez; Correa, Daniel Souza; Oliveira Jr., Osvaldo N.; Mattoso, Luiz Henrique Capparelli

doi:10.21577/0100-4042.20170781

Marcela Piassi Bernardo

Laboratório Nacional de Nanotecnologia para o Agronegócio, Embrapa Instrumentação, 13561-206 São Carlos - SP, Brasil

Rafaella Takehara Paschoalin

Instituto de Física de São Carlos, Universidade de São Paulo, 13566-590 São Carlos - SP, Brasil

Danilo Martins dos Santos

Laboratório Nacional de Nanotecnologia para o Agronegócio, Embrapa Instrumentação, 13561-206 São Carlos - SP, Brasil

Stanley Bilatto

Laboratório Nacional de Nanotecnologia para o Agronegócio, Embrapa Instrumentação, 13561-206 São Carlos - SP, Brasil

Cristiane Sanchez Farinas

Laboratório Nacional de Nanotecnologia para o Agronegócio, Embrapa Instrumentação, 13561-206 São Carlos - SP, Brasil

Daniel Souza Correa

Laboratório Nacional de Nanotecnologia para o Agronegócio, Embrapa Instrumentação, 13561-206 São Carlos - SP, Brasil

Osvaldo N. Oliveira Jr.

Instituto de Física de São Carlos, Universidade de São Paulo, 13566-590 São Carlos - SP, Brasil

Luiz Henrique Capparelli Mattoso ^**e-mail: luiz.mattoso@embrapa.br

Laboratório Nacional de Nanotecnologia para o Agronegócio, Embrapa Instrumentação, 13561-206 São Carlos - SP, Brasil

https://orcid.org/0000-0001-7586-1014

*e-mail: luiz.mattoso@embrapa.br

Polímero	Estrutura^* * Estrutura da celulose: imagem adaptada da Ref.54 Copyright 2005 Wiley; Estruturas da quitina e quitosana: imagens adaptadas da Ref.55 Copyright 2011 Elsevier; Estrutura do alginato: imagem adaptada da Ref.56 Copyright 2020 American Chemical Society; Estrutura do ácido hialurônico: imagem adaptada da Ref.57 Copyright 2020 Wiley.	Características	Aplicações
Celulose		• Biocompatível; • Estável em meio aquoso; • Boas propriedades mecânicas; • Processabilidade é um desafio.	Liberação controlada;²⁴24 Beekmann, U.; Schmölz, L.; Lorkowski, S.; Werz, O.; Thamm, J.; Fischer, D.; Kralisch, D.; Carbohydr. Polym. 2020, 236, 116062.,²⁵25 Sampath Udeni Gunathilake, T. M.; Ching, Y. C.; Chuah, C. H.; Rahman, N. A.; Liou, N. S.; Int. J. Biol. Macromol. 2020, 158, 670. Curativos;²⁶26 Misra, S. K.; Valappil, S. P.; Roy, I.; Boccaccini, A. R.; Biomacromolecules 2006, 7, 2249.,²⁷27 Ciecholewska-Juśko, D.; Żywicka, A.; Junka, A.; Drozd, R.; Sobolewski, P.; Migdał, P.; Kowalska, U.; Toporkiewicz, M.; Fijałkowski, K.; Carbohydr. Polym. 2021, 253, 117247. Engenharia de tecidos;²⁸28 Pour-Esmaeil, S.; Sharifi-Sanjani, N.; Khoee, S.; Taheri-Qazvini, N.; Carbohydr. Polym. 2020, 241, 116322.,²⁹29 Aki, D.; Ulag, S.; Unal, S.; Sengor, M.; Ekren, N.; Lin, C. C.; Yılmazer, H.; Ustundag, C. B.; Kalaskar, D. M.; Gunduz, O.; Mater. Des. 2020, 196, 109094. Biosensoramento³⁰30 Yu, S.; Ding, L.; Lin, H.; Wu, W.; Huang, J.; Biosens. Bioelectron. 2019, 146, 111760.,³¹31 Ratajczak, K.; Stobiecka, M.; Carbohydr. Polym. 2020, 229, 115463.
Quitina	GlcNA (m) > GlcN (n)	• Biocompatível; • Apresenta bioatividade; • Hipoalergênica; • Estável em meio aquoso; • Processabilidade é um desafio.	Liberação controlada;³²32 Smitha, K. T.; Anitha, A.; Furuike, T.; Tamura, H.; Nair, S. V.; Jayakumar, R.; Colloids Surf., B 2013, 104, 245.,³³33 Ding, X.; Yu, W.; Wan, Y.; Yang, M.; Hua, C.; Peng, N.; Liu, Y.; Carbohydr. Polym. 2020, 245, 116493. Curativos;³⁴34 Wang, Y.; Fu, C.; Wu, Z.; Chen, L.; Chen, X.; Wei, Y.; Zhang, P.; Carbohydr. Polym. 2017, 174, 723.,³⁵35 Ma, M.; Zhong, Y.; Jiang, X.; Carbohydr. Polym. 2020, 236, 116096. Engenharia de tecidos;³⁶36 Cui, Y.; Wu, Q.; He, J.; Li, M.; Zhang, Z.; Qiu, Y.; Arabian J. Chem. 2020, 13, 7418.,³⁷37 Narayanan, K. B.; Zo, S. M.; Han, S. S.; Int. J. Biol. Macromol. 2020, 149, 724. Biosensoramento³⁸38 Shafabakhsh, R.; Yousefi, B.; Asemi, Z.; Nikfar, B.; Mansournia, M. A.; Hallajzadeh, J.; Carbohydr. Polym. 2020, 242, 116403.
Quitosana	GlcNA (m) < GlcN (n)	• Biocompatível; • Bioativa; • Ação antimicrobiana; • Maior facilidade de processamento comparada à quitina; • Baixa estabilidade em meio aquoso e baixa resistência mecânica	Liberação controlada;³⁶36 Cui, Y.; Wu, Q.; He, J.; Li, M.; Zhang, Z.; Qiu, Y.; Arabian J. Chem. 2020, 13, 7418.,³⁷37 Narayanan, K. B.; Zo, S. M.; Han, S. S.; Int. J. Biol. Macromol. 2020, 149, 724. Curativos;³⁹39 Augustine, R.; Rehman, S. R. U.; Ahmed, R.; Zahid, A. A.; Sharifi, M.; Falahati, M.; Hasan, A.; Int. J. Biol. Macromol. 2020, 156, 153. Engenharia de tecidos;⁴⁰40 Sahranavard, M.; Zamanian, A.; Ghorbani, F.; Shahrezaee, M. H.; Bioprinting 2020, 17, e00063.,⁴¹41 Ahsan, S. M.; Thomas, M.; Reddy, K. K.; Sooraparaju, S. G.; Asthana, A.; Bhatnagar, I.; Int. J. Biol. Macromol. 2018, 110, 97. Biosensoramento³⁸38 Shafabakhsh, R.; Yousefi, B.; Asemi, Z.; Nikfar, B.; Mansournia, M. A.; Hallajzadeh, J.; Carbohydr. Polym. 2020, 242, 116403.
Alginato		• Biocompatível; • Apresenta bioatividade; • Baixa estabilidade em meio aquoso e baixa resistência mecânica.	Liberação controlada;⁴²42 Fernando, I. P. S.; Lee, W. W.; Han, E. J.; Ahn, G.; Chem. Eng. J. 2020, 391, 123823. Curativos;⁴³43 Zhang, M.; Zhao, X.; Int. J. Biol. Macromol. 2020, 162, 1414. Engenharia de tecidos;⁴⁴44 Venkatesan, J.; Bhatnagar, I.; Manivasagan, P.; Kang, K. H.; Kim, S. K.; Int. J. Biol. Macromol. 2015, 72, 269.,⁴⁵45 Hernández-González, A. C.; Téllez-Jurado, L.; Rodríguez-Lorenzo, L. M.; Carbohydr. Polym. 2020, 229, 115514. Biosensoramento⁴⁶46 Ranjan, P.; Parihar, A.; Jain, S.; Kumar, N.; Dhand, C.; Murali, S.; Mishra, D.; Sanghi, S. K.; Chaurasia, J. P.; Srivastava, A. K.; Khan, R.; Anal. Biochem. 2020, 610, 113996.,⁴⁷47 Kikuchi, N.; May, M.; Zweber, M.; Madamba, J.; Stephens, C.; Kim, U.; Mobed-Miremadi, M.; Sensors 2020, 20, 1145.
Ácido hialurônico		• Biocompatível; • Apresenta bioatividade; • Baixa estabilidade em meio aquoso e baixa resistência mecânica	Liberação controlada⁴⁸48 Huang, G.; Huang, H.; J. Control. Release 2018, 278, 122.,⁴⁹49 Zhong, W.; Pang, L.; Feng, H.; Dong, H.; Wang, S.; Cong, H.; Shen, Y.; Bing, Y.; Carbohydr. Polym. 2020, 238, 116204. Curativos;⁵⁰50 Graça, M. F. P.; Miguel, S. P.; Cabral, C. S. D.; Correia, I. J.; Carbohydr. Polym. 2020, 241, 116364. Engenharia de tecidos;⁵¹51 Collins, M. N.; Birkinshaw, C.; Carbohydr. Polym. 2013, 92, 1262.,⁵²52 Agarwal, G.; Agiwal, S.; Srivastava, A.; Int. J. Biol. Macromol. 2020, 165, 388. Biosensoramento⁵³53 Dervisevic, M.; Alba, M.; Prieto-Simon, B.; Voelcker, N. H.; Nano Today 2020, 30, 100828.

Polímero	Características	Aplicações
Poli(ácido láctico)	• Biocompatível; • Biodegradável; • Obtido por fontes renováveis; • Elevado modo de elasticidade e rigidez; • Fácil processabilidade	Liberação controlada;¹¹⁹119 Oliveira, J. E.; Medeiros, E. S.; Cardozo, L.; Voll, F.; Madureira, E. H.; Mattoso, L. H. C.; Assis, O. B. G.; Mater. Sci. Eng., C 2013, 33, 844.,¹²⁰120 Bonan, R. F.; Bonan, P. R. F.; Batista, A. U. D.; Sampaio, F. C.; Albuquerque, A. J. R.; Moraes, M. C. B.; Mattoso, L. H. C.; Glenn, G. M.; Medeiros, E. S.; Oliveira, J. E.; Mater. Sci. Eng., C 2015, 48, 372. Curativos;¹²¹121 Bonan, R. F.; Bonan, P. R. F.; Batista, A. U. D.; Perez, D. E. C.; Castellano, L. R. C.; Oliveira, J. E.; Medeiros, E. S.; J. Appl. Polym. Sci. 2017, 134, 1.,¹²²122 Xia, L.; Lu, L.; Liang, Y.; Cheng, B.; RSC Adv. 2019, 9, 35328. Engenharia de tecidos;¹²³123 Paschoalin, R. T.; Traldi, B.; Aydin, G.; Oliveira, J. E.; Rütten, S.; Mattoso, L. H. C.; Zenke, M.; Sechi, A.; Acta Biomater. 2017, 51, 161. Biosensoramento¹²⁴124 Soares, A. C.; Soares, J. C.; Paschoalin, R. T.; Rodrigues, V. C.; Melendez, M. E.; Reis, R. M.; Carvalho, A. L.; Mattoso, L. H. C.; Oliveira, O. N.; Mater. Sci. Eng., C 2020, 115, 111120.
Poli(ácido glicólico)	• Biocompatível; • Biodegradável; • Obtido por fontes renováveis; • Estável em meio aquoso; • Fácil processabilidade	Liberação controlada;¹²⁵125 Xiao, S.; Peng, Q.; Yang, Y.; Tao, Y.; Zhou, Y.; Xu, W.; Shi, X.; ACS Appl. Bio Mater. 2020, 3, 346. Curativos;¹²⁶126 Daristotle, J. L.; Lau, L. W.; Erdi, M.; Hunter, J.; Djoum, A.; Srinivasan, P.; Wu, X.; Basu, M.; Ayyub, O. B.; Sandler, A. D.; Kofinas, P.; Bioeng. Transl. Med. 2020, 5, 1. Engenharia de tecidos;¹²⁷127 Shang, L.; Liu, Z.; Ma, B.; Shao, J.; Wang, B.; Ma, C.; Ge, S.; Bioact. Mater. 2021, 6, 1175. Biosensoramento¹²⁸128 Wang, Y.; Papadimitrakopoulos, F.; Burgess, D. J.; J. Control. Release 2013, 169, 341.
Poli(ε-caprolactona)	• Biocompatível; • Apresenta bioatividade; • Ação antimicrobiana; • Maior facilidade de processamento comparada à quitina; • Baixa estabilidade em meio aquoso e baixa resistência mecânica	Liberação controlada;¹²⁹129 Li, X.; He, Y.; Hou, J.; Yang, G.; Zhou, S.; Small 2020, 16, 1. Curativos;¹³⁰130 Zahiri, M.; Khanmohammadi, M.; Goodarzi, A.; Ababzadeh, S.; Sagharjoghi Farahani, M.; Mohandesnezhad, S.; Bahrami, N.; Nabipour, I.; Ai, J.; Int. J. Biol. Macromol. 2020, 153, 1241. Engenharia de tecidos;¹³¹131 Fernández-Pérez, J.; Kador, K. E.; Lynch, A. P.; Ahearne, M.; Mater. Sci. Eng., C 2020, 108, 0. Biosensoramento¹³²132 Saveleva, M.; Prikhozhdenko, E.; Gorin, D.; Skirtach, A. G.; Yashchenok, A.; Parakhonskiy, B.; Front. Chem. 2020, 7, 1.
Polihidroxialcanoatos	• Biocompatível; • Produzido por bactérias; • Boas propriedades mecânicas; • Fácil processabilidade	Liberação controlada;¹³³133 Sudesh, K.; Lee, Y.-F.; Sridewi, N.; Ramanathan, S.; Int. J. Biotechnol. Wellness Ind. 2016, 4, 103. Curativos;¹³⁴134 Kehail, A. A.; Brigham, C. J.; J. Polym. Environ. 2018, 26, 66. Engenharia de tecidos;¹³⁵135 Hasan, A.; Memic, A.; Annabi, N.; Hossain, M.; Paul, A.; Dokmeci, M. R.; Dehghani, F.; Khademhosseini, A.; Acta Biomater. 2014, 10, 11. Biosensoramento¹³⁶136 Phukon, P.; Radhapyari, K.; Konwar, B. K.; Khan, R.; Mater. Sci. Eng., C 2014, 37, 314.
Poli(éter-éter-cetona)	• Biocompatível; • Baixa solubilidade; • Resistência; • Excelentes propriedades mecânicas; • Difícil processamento	Liberação controlada;¹³⁷137 Shanmuga Sundar, S.; Sangeetha, D.; J. Mater. Sci. 2012, 47, 2736. Curativo;¹³⁸138 James, R.; Nagarale, R. K.; Sachan, V. K.; Badalucco, C.; Bhattacharya, P. K.; Kumbar, S. G.; Polym. Adv. Technol. 2014, 25, 1439. Engenharia de tecidos;¹³⁹139 Ul Ahad, I.; Bartnik, A.; Fiedorowicz, H.; Kostecki, J.; Korczyc, B.; Ciach, T.; Brabazon, D.; J. Biomed. Mater. Res., Part A 2014, 102, 3298. Biosensoramento¹⁴⁰140 Singh, J.; Khanra, P.; Kuila, T.; Srivastava, M.; Das, A. K.; Kim, N. H.; Jung, B. J.; Kim, D. Y.; Lee, S. H.; Lee, D. W.; Kim, D. G.; Lee, J. H.; Process Biochem. 2013, 48, 1724.
Poliuretanos	• Biocompatível; • Origem natural (óleo da mamona); • Flexível; • Difícil reciclagem	Liberação controlada;¹⁴¹141 Hong, Y.; Fujimoto, K.; Hashizume, R.; Guan, J.; Stankus, J. J.; Tobita, K.; Wagner, W. R.; Biomacromolecules 2008, 9, 1200. Curativos;¹⁴²142 Liu, X.; Lin, T.; Gao, Y.; Xu, Z.; Huang, C.; Yao, G.; Jiang, L.; Tang, Y.; Wang, X.; J.Biomed. Mater. Res., Part B 2012, 100 B, 1556. Engenharia de tecidos;¹⁴³143 Nicolae, A.; Grumezescu, A. M.; Recent progress in polyester-urethanes; Elsevier Inc.: Amsterdam, 2019. Biosensoramento¹⁴⁴144 Dallinger, A.; Keller, K.; Fitzek, H.; Greco, F.; ACS Appl. Mater. Interfaces 2020, 12, 19855.

Compósito	Técnica de impressão 3D	Principais características	Referência
PVA/ β-TCP	FDM	Scaffolds com canais interconectados; 10,7 kPa de capacidade de carregamento; biocompatibilidade com células de fibroblasto.	Chen et al.²⁹²292 Chen, G.; Chen, N.; Wang, Q.; Compos. Sci. Technol. 2019, 172, 17.
PLLA/nanohidroxiapatita	MDB	Scaffolds com 80% de porosidade; capacidade de carregamento de 138,5 MPa; biocompatibilidade com osteoblastos.	Huang et al.²⁹³293 Huang, J.; Xiong, J.; Liu, J.; Zhu, W.; Chen, J.; Duan, L.; Zhang, J.; Wang, D.; Biomed. Mater. Eng. 2015, 26, S197.
PLGA/hidroxiapatita/ β-TCP	SSL	Porosidade 47%; capacidade de carregamento de 12,06 MPa.	Simpson et al.²⁹⁴294 Simpson, R. L.; Wiria, F. E.; Amis, A. A.; Chua, C. K.; Leong, K. F.; Hansen, U. N.; Chandrasekaran, M.; Lee, M. W.; J. Biomed. Mater. Res., Part B 2008, 84, 17.
Resinas fotocuráveis/Al₂O₃	SLA	Boa dispersão das partículas; grande comportamento viscoelástico.	Song et al.²⁹⁵295 Song, S. Y.; Park, M. S.; Lee, J. W.; Yun, J. S.; Nanomaterials 2018, 8.
Fibroblastos e queratinócitos/colágeno	LIFT	Método de impressão permite que as células permaneçam vivas; Células são capazes de formarem tecido após 10 dias de impressão.	Koch et al.²⁹⁶296 Koch, L.; Deiwick, A.; Schlie, S.; Michael, S.; Gruene, M.; Coger, V.; Zychlinski, D.; Schambach, A.; Reimers, K.; Vogt, P. M.; Chichkov, B.; Biotechnol. Bioeng. 2012, 109, 1855.

[1] *e-mail: luiz.mattoso@embrapa.br

Brasil

Brasil

PROCESSAMENTO E APLICAÇÃO DE BIOMATERIAIS POLIMÉRICOS: AVANÇOS RECENTES E PERSPECTIVAS

PROCESSING AND APPLICATION OF POLYMERIC BIOMATERIALS: RECENT ADVANCES AND PERSPECTIVES