Matrizes porosas, também designadas por esponjas, podem ser definidas como uma dispersão de um gás (normalmente ar) numa matriz sólida. Existem diferentes processos de produção de matrizes porosas que dão origem a produtos com diferentes características por alteração da porosidade, do tamanho dos poros e da interconectividade dos mesmos(87).
As aplicações deste tipo de estruturas variam desde a medicina até à indústria química, sendo os mercados mais significativos os de dispositivos médicos e de tratamento de águas. No caso do tratamento de águas, as membranas porosas são utilizadas nas operações de separação e/ou na retenção de determinados químicos de uma forma selectiva. Como dispositivos médicos este tipo de matrizes porosas biodegradáveis têm aplicações como suporte para a proliferação celular e colonização tridimensional. As suas aplicações incluem a vascularização, o tratamento de feridas, a promoção da diferenciação de células estaminais e a construção de biosensores. A estrutura, propriedades biológicas e a sua degradação desempenham um papel crucial na utilização destas matrizes para aplicações médicas(92-94).
É também de destacar o foco na área da biomedicina e farmacêutica destas matrizes, particularmente em libertação controlada de fármacos (“drug delivery”) e pensos para tratamento de feridas. No caso da aplicação como pensos para o tratamento de feridas, a sua função tem sido combinada para utilização como meio de libertação de fármacos e material genético, incluindo ADN plasmídico, a uma taxa controlada e durante períodos de tempo alargado(95,96). Estas matrizes porosas podem ser utilizadas na regeneração do osso, sendo um exemplo a sua utilização como substitutos ósseos. Li et al.(97) apresentaram um estudo de cultura de
osteoblastos em matrizes porosas à base de quitosano nas quais as células aderiram e proliferaram, promovendo ainda a deposição de minerais num curto espaço de tempo após o início da cultura. Lee et al.(98) prepararam uma matriz porosa de quitosano e fosfato tricálcico como matriz para crescimento de osteoblastos numa estrutura 3D para posterior transplante para regeneração do osso, tendo sido obtidos resultados muito promissores. Muitos outros estudos têm sido desenvolvidos demonstrando o sucesso da aplicação de matrizes porosas de quitosano ou de compósitos na área da regeneração do osso(99).
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Sem dúvida, a aplicação de matrizes porosas com maior impacto na investigação na medicina, hoje em dia, é em Engenharia de Tecidos, sendo o seu principal objectivo regenerar tecidos e órgãos. Tal é facilitado pela utilização de uma matriz capaz de simular a matriz extracelular. De uma forma geral, o processo de utilização de matrizes na ET passa pela recolha de tecido do paciente e o isolamento das células que o constituem. De seguida, in vitro, essas células são cultivadas sobre a matriz seleccionada. Quando se atinge o ponto desejado de desenvolvimento celular na matriz o tecido danificado do doente é removido e substituído pela matriz com células. Com o decorrer do tempo a matriz será absorvida e o novo tecido irá formar-se. Alguns dos tecidos que têm sido estudados incluem pele, cartilagem, osso, nervos e fígado. Os materiais utilizados neste tipo de aplicações têm que respeitar variados pré-requisitos relacionados com o seu comportamento biológico. Por exemplo, deverão ser biocompatíveis, promover a adesão e proliferação celular, ser biodegradáveis e o produto de degradação ser não-tóxico. Quanto às propriedades físicas pretende-se, tipicamente, uma matriz porosa com uma porosidade de 90% ou acima, com tamanho de poro entre 100 e 200 µm, com poros interconectados, além de uma resistência mecânica capaz de suportar todo o manuseamento necessário desde a cultura celular até ao implante no paciente. No entanto, as propriedades pretendidas dependerão sempre da aplicação. Na área da ET é possível observar a aplicação de matrizes porosas na formação de osso, na regeneração periodontal, na reparação de malformações nasais e auriculares, no desenvolvimento de cartilagem, de córneas artificiais, de válvulas cardíacas, na reparação de tendões, na substituição de ligamentos e também no tratamento de tumores(96,100).
É possível produzir matrizes porosas a partir de diferentes materiais. As características destes materiais condicionam o tipo de técnica e as características finais do produto. A diversidade de matérias-primas e técnicas de produção permitem controlar a morfologia da matriz em termos de porosidade (tamanho de poro, orientação dos poros ou interconectividade), o que torna este tipo de matrizes alvo de intensa investigação para diferentes aplicações.
Os biomateriais utilizados na produção de matrizes podem ser polímeros naturais, tais como alginato, proteínas, colagéneo, gelatina e albumina. Podem também ser utilizados polímeros sintéticos como é o caso do álcool polivinílico e o ácido poliglicólico. Podem ainda ser utilizados cerâmicos tais como hidroxiapatite e o fosfato tricácico(96).
As matrizes porosas podem ser produzidas utilizando um ou vários polímeros combinados. O alginato, sendo um polímero hidrossolúvel, pode ser transformado numa matriz macroporosa através do processo de liofilização. Dois exemplos de combinação de polímeros são: quitosano e goma xantana (um polissacarídeo) ou de um poliéster alifático saturado sintetizado com celulose bacteriana(101-103).
Liu et al.(104) desenvolveram uma estrutura combinada de microesferas liofilizadas incorporadas
numa matriz liofilizada, ambas compostas por gelatina e quitosano e carregadas com factor de crescimento de fibroblastos para aplicação em enxertos de pele. Os testes de cultura de
Capítulo IV - Matrizes Porosas de Quitosano para o Tratamento de Feridas
79 fibroblastos humanos sobre esta matriz demonstraram que este é um bom suporte para libertação controlada de factores de crescimento e ao mesmo tempo adequado para a proliferação e crescimento celular.
Têm sido utilizadas várias abordagens na produção de pensos para o tratamento de feridas a partir de quitosano, quer como estruturas simples quer combinadas. Um exemplo deste último caso é o penso desenvolvido por Ma et al.(109) que consiste numa bicamada de filme denso de quitosano sobre uma matriz porosa produzida por liofilização.