Portugal - Universidade de Coimbra desenvolve stents vasculares poliméricos e biodegradáveis

Uma equipa de investigadores do Departamento de Engenharia Mecânica (DEM) da Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade de Coimbra (FCTUC) desenvolveu uma abordagem inovadora para a criação de stents vasculares biodegradáveis, dispositivos médicos utilizados para desobstruir artérias bloqueadas. 

Este avanço, publicado na revista Bioactive Materials, pretende superar as limitações dos stents metálicos tradicionais, que frequentemente causam rejeição pelo organismo e podem levar à reobstrução dos vasos sanguíneos devido ao crescimento excessivo de células.

«Os stents metálicos utilizados na prática clínica, embora eficazes, são permanentes e não biodegradáveis, o que pode causar complicações como a estenose — um fenómeno em que ocorre uma nova obstrução ao fluxo sanguíneo. Além disso, os metais utilizados nesses dispositivos não são compatíveis com o organismo humano, aumentando o risco de rejeição e de toxicidade», explica Ana Paula Piedade, professora do DEM e investigadora no Centro de Engenharia Mecânica, Materiais e Processos (CEMMPRE). 

De acordo com os investigadores, recentemente, começou a surgir a ideia de utilizar stents temporários biodegradáveis, feitos de biopolímeros e não derivados de petróleo, que o organismo consegue degradar ao longo do tempo. No entanto, estes dispositivos também apresentam algumas limitações, tais como serem invisíveis nos exames de imagiologia médica, pois possuem propriedades semelhantes aos tecidos humanos, dificultando a sua monitorização. 

Para solucionar este problema, a equipa utilizou o fabrico aditivo (impressão 3D) para o desenvolvimento dos stents e a pulverização catódica para revestir os stents com metais biodegradáveis, tais como o zinco (Zn) e o magnésio (Mg). 

«O revestimento metálico trouxe avanços importantes, nomeadamente radiopacidade, que permite que os stents sejam visíveis, não só durante a colocação, mas também em exames médicos; propriedades antibacterianas, avaliadas com a colaboração das colegas de Microbiologia do CEMMPRE, em que o revestimento de Zn se mostrou eficaz contra infeções bacterianas; redução de trombos, os stents revestidos de Zn não promovem a formação de coágulos sanguíneos, ao contrário dos revestidos com Mg; e melhorias mecânicas, o revestimento de Zn aumentou a resistência dos stents em relação aos modelos poliméricos não revestidos», revelam os especialistas.

Ambas as tecnologias utilizadas, impressão 3D e pulverização catódica, são consideradas sustentáveis, pois minimizam o desperdício de materiais e utilizam processos eficientes em termos energéticos.

«O próximo passo, dependendo de financiamento, será realizar testes de compatibilidade com células humanas, alinhando-se às exigências da União Europeia de reduzir os testes em animais. Caso os resultados sejam positivos, esperamos avançar para ensaios clínicos», concluem. Universidade de Coimbra - Portugal

Portugal - Cientistas desenvolvem nova solução tecnológica com revestimento polímero-cerâmico anti riscos, reciclável e mais duradoura

Uma equipa de cientistas da Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade de Coimbra (FCTUC) desenvolveu uma solução tecnológica para dispositivos hápticos (táteis) com revestimento polímero-cerâmico anti riscos e reciclável que confere uma maior durabilidade, a vários componentes plásticos de uso quotidiano.

Ana Paula Piedade, professora e investigadora do Departamento de Engenharia Mecânica (DEM), é a responsável pelo projeto Smart Display na FCTUC, no qual «foi desenvolvida uma nova solução para componentes hápticos, neste caso um interruptor. A solução conjuga, de forma integrada, na parte exterior um revestimento anti riscos, e na parte interior a impressão direta de um circuito elétrico, com o objetivo, neste protótipo, de ativar o interruptor por proximidade ou por pressão direta dos botões».

«A grande novidade é o revestimento polímero-cerâmico. Para aumentar a resistência mecânica, sobretudo ao risco e ao desgaste, de um plástico, uma das soluções é utilizar um material cerâmico, que apesar de frágil é mais duro. No entanto, por estes materiais serem quimicamente “incompatíveis”, tivemos que fazer um gradiente químico, iniciando o revestimento sobre o interruptor de plástico com um material polimérico (plástico) que depois vai dando lugar ao revestimento cerâmico, tudo isto numa espessura de 400 nanómetros», explica a docente.

De acordo com Ana Paula Piedade, a parte mais exterior deste novo revestimento é composto por um cerâmico técnico, de engenharia, com propriedades mecânicas e de durabilidade enormes.

«Acredito que aumentámos o tempo de vida do componente em plástico no mínimo em dez vezes, o que pode ter bastante impacto, pois além de continuar a ser um material reciclável, estamos a reduzir a quantidade de matéria-prima utilizada, e, ao mesmo tempo, o facto do componente ser transparente, permite à empresa variações de cor ao nível do gosto do cliente, ou seja, é personalizável». 

Apesar desta nova solução ter sido aplicada e testada apenas no componente de um interruptor, pode ser utilizada em diversos equipamentos que usamos no nosso dia a dia, nomeadamente em painéis de carros, telemóveis ou de frigoríficos inteligentes, tornando a superfície exterior mais dura e, consequentemente, mais resistente aos riscos.

Paralelamente, «foram também estudadas, otimizadas e aplicadas técnicas de impressão direta na impressão de circuitos eletrónicos diretamente na superfície interior do interruptor. Esta parte esteve a cabo da equipa liderada por Mahmoud Tavakoli, investigador e docente do Instituto de Sistemas e Robótica (ISR) da FCTUC, tendo por base a primeira tinta condutora desenvolvida e patenteada por esta equipa», conclui. Universidade de Coimbra - Portugal

Para saber mais sobre o projeto Smart Display, promovido pela empresa KLC Technical Plastics, pode consultar a seguinte ligação:

https://www.klc.pt/pt-pt/solutions/innovation/

Portugal - Cientistas da Universidade de Coimbra usam bactérias como fábricas de matéria-prima para impressão 4D

Uma equipa multidisciplinar de cientistas da Universidade de Coimbra (UC) desenvolveu materiais para tornar a impressão 4D (quatro dimensões) sustentável e ecológica, baseada em celulose produzida por bactérias. O projeto abre portas a um sem número de aplicações, desde a medicina até aos transportes e setor têxtil.

A impressão 4D surge a partir da impressão 3D, acrescentando a dimensão tempo, permitindo imprimir objetos tridimensionais inteligentes, ou seja, objetos que, com o tempo e mediante estímulos externos, como a temperatura, luz ou pH, entre outros, mudam de forma.

Da impressão 3D à 4D: poderá a celulose bacteriana fazer a ponte? Esta foi a questão de partida para o desenvolvimento do projeto, liderado por Ana Paula Piedade, investigadora e docente da Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade de Coimbra (FCTUC). Financiado, no valor de 250 mil euros, pela Fundação para a Ciência e a Tecnologia (FCT) e por fundos europeus (COMPETE 2020), o projeto conta com a colaboração do Instituto Politécnico da Leiria (IPL).

Para poder responder à questão, a equipa decidiu utilizar as bactérias como “ferramentas vivas” na produção de celulose, um polímero natural altamente versátil. À semelhança do que acontece em qualquer empresa, o processo de recrutamento e seleção é uma etapa fundamental. Assim, a equipa de Microbiologia Ambiental da UC que integra o projeto começou por identificar um conjunto de bactérias e selecionar as que demonstraram ter mais capacidade para a função. Para tal, recorreu à Coleção de Culturas de Bactérias da Universidade de Coimbra (UCCCB).

«Através da análise genómica, o grupo de microbiologia identificou as bactérias que possuem genes para a produção de celulose. Foi então escolhido um conjunto de bactérias, que foram posteriormente caracterizadas e testadas, tendo sido selecionadas duas estirpes», explica Ana Paula Piedade.

Concluído este processo, a “fábrica” de bactérias iniciou a laboração até se obter a celulose necessária para produzir um material que possibilitasse a impressão 4D. «As celuloses obtidas foram misturadas com polímeros dissimilares (com propriedades diferentes de cada uma das celuloses) e, a partir daí, produzimos os biocompósitos e desenvolvemos os filamentos adequados à impressão 4D», descreve a investigadora do CEMMPRE – Centre for Mechanical Engineering, Materials and Processes – da FCTUC.

Contado assim, parece que foi um processo simples, mas não. A equipa teve de efetuar diversos estudos e enfrentar muitos desafios complexos. O maior deles, relata Ana Paula Piedade, foi, e continua a ser, conseguir a «reversibilidade do material, ou seja, garantir que o mesmo material que assume diferentes formas mediante os estímulos externos é capaz de, por si mesmo, voltar ao formato original.  A tecnologia 4D permite que o material se transforme e regresse depois à forma inicial».

Superados os vários obstáculos e desafios, foram impressos com sucesso diferentes tipos de objetos, abrindo portas a uma vasta gama de aplicações. Por exemplo, produzir «dispositivos que possam atuar em locais onde não há eletricidade, dispositivos capazes de mudar de forma consoante a solicitação mecânica que têm, roupas inteligentes para atletas de alta competição, que regulam a transpiração em função da temperatura ambiente, dispositivos biomédicos, enfim, há um “mundo de possibilidades”», aponta a líder do projeto.

A tecnologia agora desenvolvida é sustentável e de baixo custo, porque as bactérias apenas necessitam de “comida” (que pode ser, por exemplo, resíduos alimentares) para produzirem celulose, e amiga do ambiente: «97% do material usado fica na própria peça que é impressa, ou seja, o resíduo produzido é mínimo e, mesmo assim, esse resíduo pode ser usado para a produção de mais filamentos», sublinha ainda Ana Paula Piedade.

Além disso, quer o material compósito quer a celulose são completamente biodegradáveis e biocompostáveis. Outra grande vantagem de usar as bactérias é o facto de elas produzirem celulose pura, ao contrário, por exemplo, da celulose obtida das árvores, que exige vários tratamentos de purificação.

A cientista da FCTUC esclarece ainda que estas bactérias usadas para o fabrico de celulose não são patogénicas. «Pelo contrário, são fortes aliadas para tornar possível a impressão 4D. Não podemos esquecer que as bactérias resultam de milhões de anos de evolução, elas aprendem e adaptam-se».

A fase seguinte da investigação vai centrar-se no desenho de estruturas para aplicações específicas, designadamente na conceção de dispositivos que possam tirar vantagem deste efeito 4D. «Vamos explorar diferentes abordagens para a fabricação de dispositivos 4D, pois é necessário pensar muito bem como é que vamos imprimir, definir a geometria do que se vai imprimir e otimizar processos que garantam o efeito de 4D», conclui. Universidade de Coimbra - Portugal